【公開(kāi)課】靜電的防止與利用+課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用靜電的防止與利用71知道什么是靜電平衡，能掌握靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)。2知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因。3了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印的工作原理。重點(diǎn)難點(diǎn)靜電平衡科技館中這個(gè)設(shè)備是什么原理？觀看視頻并交流討論下面的問(wèn)題(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？自由電子受外加電場(chǎng)的靜電力作用而定向移動(dòng)，向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。如圖所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？不能。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)終止。如圖所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請(qǐng)思考下列問(wèn)題：1.定義：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)，我們就認(rèn)為導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0，即外電場(chǎng)E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E′的關(guān)系為E0＝－E′。E內(nèi)=0靜電平衡通過(guò)法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)，了解導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)觀看視頻，了解導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)3.導(dǎo)體上電荷的分布：(1)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷(未被抵消的電荷)，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷。4.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟該點(diǎn)的表面垂直。靜電平衡辨析(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體表面和內(nèi)部的合電場(chǎng)強(qiáng)度均為零。(

)(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部不再有電荷的定向移動(dòng)。(

)(3)一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場(chǎng)中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點(diǎn)。(

)×√×導(dǎo)練1.(多選)(2023·河北邢臺(tái)市第二中學(xué)高二期中)長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷(電荷量的絕對(duì)值為q)放在金屬棒的中心軸線上距離棒的左端R處，如圖所示。當(dāng)金屬棒達(dá)到靜電平衡后，已知靜電力常量為k，以下說(shuō)法正確的是A.棒上感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為零B.棒上O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零√√連線且指向q求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的方法是：(1)先求出外電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度E外的大小和方向。(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0。(3)由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場(chǎng)E感的大小和方向。2.一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8C的正電荷，上端開(kāi)有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B所帶電荷量分別為A.QA＝1×10－8C

QB＝1×10－8CB.QA＝2×10－8C

QB＝0C.QA＝0

QB＝2×10－8CD.QA＝4×10－8C

QB＝－2×10－8C√B球與A球內(nèi)壁接觸后成為一個(gè)新的導(dǎo)體，處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，帶電導(dǎo)體的電荷只能分布于導(dǎo)體的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正確。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。尖端放電觀看視頻，交流與討論雨天為什么不能站樹(shù)下？空氣的電離：在一定條件下，導(dǎo)體尖端電荷密度很大，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場(chǎng)使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離，這種現(xiàn)象叫作空氣的電離?？諝怆婋x1.原理：尖端的強(qiáng)電場(chǎng)周圍空氣電離尖端電荷中和尖端釋放電荷等效于尖端放電尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。2.應(yīng)用：飛機(jī)裝有類似避雷針的放電刷尖端放電I避雷針的原理I避雷針的原理(動(dòng)畫(huà)模擬）避雷針的原理（實(shí)驗(yàn)?zāi)M）3.防止：夜間高壓線周圍出現(xiàn)的綠色光暈，俗稱電暈，是一種微弱的尖端放電。尖端放電會(huì)使高壓設(shè)備上電能損失，故高壓設(shè)備導(dǎo)體的表面都是非常光滑。尖端放電辨析(1)驗(yàn)電器的金屬桿上端固定一個(gè)金屬球而不是做成針尖狀，這是為了防止尖端放電。(

)(2)避雷針避雷的原理是尖端放電能將云層中的電荷中和。(

)(3)為了美觀，通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形。(

)(4)為了避免因尖端放電而損失電能，高壓輸電導(dǎo)線表面要盡量光滑。(

)×√√√導(dǎo)練3.(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能是A.探測(cè)發(fā)射臺(tái)周圍風(fēng)力的大小B.發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C.預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭D.測(cè)量火箭發(fā)射過(guò)程的速度和加速度√在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，其功能是預(yù)防雷電擊中發(fā)射的火箭，故選C。靜電屏蔽觀看視頻并交流討論1.定義：導(dǎo)體殼(或金屬殼)內(nèi)達(dá)到靜電平衡后，外電場(chǎng)對(duì)內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。2.實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和為零。靜電屏蔽3.靜電屏蔽的兩種情況：(1)導(dǎo)體外部的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部(外屏蔽)導(dǎo)體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達(dá)到靜電平衡后，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0，不受外部電場(chǎng)的影響，內(nèi)部的儀器不會(huì)受到外電場(chǎng)的影響。罩上金屬網(wǎng)罩靜電屏蔽(2)接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體外部(內(nèi)屏蔽)當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后，＋q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒(méi)有影響了，如圖乙所示。靜電屏蔽4.應(yīng)用：(1)生活中有很多對(duì)靜電屏蔽的應(yīng)用，以此來(lái)保護(hù)殼內(nèi)儀器不受外加電場(chǎng)影響。例如：電子儀器外部加裝金屬殼，通信電纜外面包有一層金屬網(wǎng)，高壓線路檢修人員要穿屏蔽服。靜電屏蔽(2)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽的作用，在野外的高壓輸電線的三條輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，它們的作用就是與大地相連形成一個(gè)稀疏的金屬網(wǎng)，以此來(lái)保護(hù)高壓輸電線不受雷擊。靜電屏蔽辨析(1)電工穿上用導(dǎo)電金屬材料與紡織纖維混紡制成的屏蔽服后，高壓線在體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。(

)(2)打雷時(shí)，人呆在汽車?yán)镆却粼谀疚堇锇踩?

)(3)有線電視信號(hào)線外面有一層金屬絲，是為了靜電屏蔽，使信號(hào)不受干擾。(

)(4)靜電屏蔽一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)不能起到屏蔽作用。(

)×√×√導(dǎo)練4.(2022·河北邢臺(tái)市第二中學(xué)高二月考)下列關(guān)于靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是

A.甲圖中驗(yàn)電器的金屬箔張開(kāi)B.乙圖中驗(yàn)電器的金屬箔不會(huì)張開(kāi)C.丙圖中驗(yàn)電器的金屬箔不會(huì)張開(kāi)D.甲、乙、丙三圖中驗(yàn)電器的金屬箔都張開(kāi)√題圖甲中金屬網(wǎng)達(dá)到靜電平衡，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零，金屬箔不會(huì)張開(kāi)，金屬網(wǎng)屏蔽了外電場(chǎng)，故A、D錯(cuò)誤；題圖乙中金屬網(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體在金屬網(wǎng)內(nèi)側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，金屬網(wǎng)外側(cè)產(chǎn)生等量的正電荷，正電荷在金屬網(wǎng)外側(cè)有電場(chǎng)，對(duì)外界產(chǎn)生影響，所以金屬箔會(huì)張開(kāi)，故B錯(cuò)誤；題圖丙中金屬網(wǎng)已接地，網(wǎng)外的感應(yīng)電荷傳給地球，外部電場(chǎng)消失，金屬箔不會(huì)張開(kāi)，故C正確。靜電屏蔽的兩種情況總結(jié)提升

屏蔽外電場(chǎng)外屏蔽屏蔽內(nèi)電場(chǎng)全屏蔽或內(nèi)屏蔽圖示

實(shí)現(xiàn)過(guò)程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在空腔內(nèi)的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體靜電吸附1.靜電吸附：在電場(chǎng)中，帶電粒子在靜電力作用下，向著電極運(yùn)動(dòng)，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象。2.靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來(lái)的過(guò)程。帶正電圓筒A帶負(fù)電電極B++--靜電吸附實(shí)驗(yàn)觀察靜電吸附3.靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件表面。靜電噴涂機(jī)靜電噴漆4.靜電復(fù)?。簭?fù)印機(jī)應(yīng)用了靜電吸附的原理。靜電復(fù)印導(dǎo)練5.(多選)靜電噴漆是利用靜電吸附現(xiàn)象制造的，其噴涂原理如圖所示，則以下說(shuō)法正確的是A.在