靜電的利用與防護 課件 -2023-2024學年高二上學期物理粵教版（2019）必修第三冊

這些放電現(xiàn)象，有什么共同點嗎？帶電體帶電體導體導體靜電感應2.3靜電的利用與防護復習回顧-++CAB用金屬的微觀結構模型來解釋靜電感應現(xiàn)象：金屬的微觀結構模型金屬內的自由電子在外界帶正電的C的吸引下，聚集到靠近C的近端A，導致近端A帶負電，遠端B帶正電問題：把一個不帶電的金屬導體ABCD放到電場強度為E0的電場中，根據(jù)金屬的微觀結構模型，自由電子怎樣移動呢？E0ACBD自由電子逆著電場線方向定向移動ABCD---ABCD+++電場力的作用下，自由電子發(fā)生定向移動。自由電子的定向移動導致電子在AB端集聚，CD端正電荷“暴露”出來。

AB端感應出負電荷、CD端感應出正電荷。E0E0E0ABCD問題：自由電子定向移動會導致怎樣的情況發(fā)生呢？--++--++問題：導體內自由電子的定向移動會一直進行下去嗎？兩端的感應電荷會無限制增加嗎？導體兩側感應出的正、負電荷會在導體內部產生一個反方向的感應電場E’E’E0E0E0感應電場與外電場疊加抵消（E=E’），直到導體內部各點的電場強度E=0導體內自由電子不再發(fā)生定向移動，達到靜電平衡狀態(tài)一.靜電平衡：導體中(包括表面上)沒有電荷定向移動的狀態(tài)．1.靜電平衡的實質:在達到靜電平衡的過程中,外電場引起導體內自由電荷的定向移動使導體兩側出現(xiàn)感應電荷,感應電荷的電場和外電場方向相反,使合場強減小,隨著感應電荷的繼續(xù)增加,合場強逐漸減小,直至合場強為零,自由電荷的定向移動停止。2.靜電平衡的狀態(tài):導體內部的合場強為零,即E合=0。3.電場線與導體表面垂直,如果不垂直,該點場強應有沿表面的切向分量,會使導體表面電荷發(fā)生移動,與靜電平衡狀態(tài)矛盾。金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。（由于電荷是以光速移動，所以放入電場后馬上達到靜電平衡）4.靜電平衡狀態(tài)下的導體的電荷分布特點。①凈電荷都分布在導體的外表面,導體內部沒有凈電荷。②感應電荷分布于導體兩端,電性相反,電荷量相等,近異遠同,如圖甲所示。③凈電荷在導體表面分布不均勻,導體表面尖銳處電荷分布密集,平滑處電荷分布稀疏,凹陷處幾乎沒有電荷,如圖乙所示。問題：感應起電時，導體達到靜電平衡狀態(tài)，此時電荷分布在導體外表面，不發(fā)生定向移動，怎么會產生放電現(xiàn)象呢？強電場使空氣分子中正負電荷分離，這種現(xiàn)象叫做空氣的電離。問題：小球外表面電荷積累越多，電荷密度越大，則小球外部的電場強度越大。這樣的一個強電場會造成什么結果呢？電離產生的帶電粒子在電場的作用下，向著與自己電荷符號相反的一端運動。電離產生的帶電粒子與導體上的電荷中和，看起來就像是導體把電荷釋放出來。大量帶電粒子的運動，使空氣中有了電流，發(fā)出光和熱并產生聲音，這就是我們看到放電火花?？諝獾碾婋x容易在導體的什么部位發(fā)生？導體尖端的電荷密度很大，故使空氣分子電離的現(xiàn)象更容易發(fā)生在導體的尖端。1.空氣的電離:導體尖端電荷密度很大,附近的電場很強,強電場作用下的帶電粒子劇烈運動,使分子中的正負電荷分離的現(xiàn)象。2.尖端放電:與導體尖端異號的粒子,由于被吸引,而與尖端上電荷中和,相當于導體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。二.尖端放電3.尖端放電的應用與防止:(1)應用:燃氣灶電子打火、避雷針等。(2)防止:高壓設備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失。燃氣灶的點火器-----------+++++++++導體尖端電荷密度大尖端周圍電場強強電場使空氣分子中正負電荷分離帶電云層與避雷針間空氣成為導體帶電云層與避雷針連通形成電路避雷針接地，將云層電荷導入大地避雷針例1.在高大的建筑物上安裝避雷針的作用是(

)A．通過尖端放電中和云層中的電荷B．避免放電現(xiàn)象的發(fā)生C．直接導走云層中的電荷D．增加電荷在建筑物上的積累A例2.處于靜電平衡中的導體，內部電場強度處處為零的原因是(

)A．導體內部無任何電場B．外電場不能進入導體內部C．所有感應電荷在導體內部產生的合電場強度為零D．外電場和所有感應電荷的電場在導體內部疊加的結果為零D例.如圖,將錐形殼導體固定在絕緣支架上并與起電機正極的連接桿連接,將尖端對準點燃的燭焰,閉合開關后,發(fā)現(xiàn)燭焰被“吹”斜了,下列說法正確的是（）A.尖端處電荷分布最密集,附近電場強度最強,在強電場作用下,尖端與燭焰間的空氣電離B.向尖端飛來的電荷受到的電場力越來越大C.負電荷向燭焰飛去,使得燭焰“吹”斜D.負電荷向尖端飛來過程中,電勢能增大AB三.靜電的利用：1.靜電噴涂圖中工件帶正電，噴杯帶負電，油漆從高速旋轉的噴杯中飛出，呈霧狀并帶負電，由于靜電吸引作用，油漆霧粒便奔向工件，并附著在工件上，這樣可以實現(xiàn)噴漆自動化．(1)原理:靜電噴涂是一種利用靜電作用使霧化微粒在高壓作用下帶上負電荷,并吸附于帶正電荷的被涂物的涂裝技術。(2)優(yōu)點:靜電噴涂具有顯著優(yōu)點,如涂層質量高、涂料利用率高、對使用者操作技術要求低等。在生產和生活中，靜電是普遍存在的，靜電的應用十分廣泛，如靜電噴漆、靜電除塵、靜電植絨、靜電復印等。三.靜電的利用：2.靜電除塵:原理:靜電除塵是利用電荷相互作用的性質,把帶有不同電性的粉塵從煙氣中分離出來,再分類處理的過程。

金屬管A接到高壓電源的正極，金屬絲B接到高壓電源的負極，它們之間有很強的電場，而且距B越近，場強越大．B附近的空氣中的氣體分子被強電場電離，成為電子和正離子．正離子被吸到B上，得到電子，又成為分子．電子在向著正極A運動的過程中，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電，吸附到正極A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中．+-三.靜電的利用：3.靜電復印:(1)原理:靜電復印是利用正、負電荷的吸引力進行油墨轉移的印刷方式,又稱無壓印刷。(2)應用:靜電復印技術已發(fā)展成一門成熟的技術,被廣泛應用于激光打印機、噴墨打印機、模擬式復印機、數(shù)字式復印機、速印機、傳真機等。4.靜電植絨:原理:靜電植絨是利用電荷之間同性相斥、異性相吸的性質,通過使絨毛帶上負電荷,令絨毛被吸引到帶正電的被植體表面上。靜電雖然有諸多應用，但靜電也時常給人們帶來不便、煩惱、甚至危害，長期在靜電環(huán)境下工作的人容易精神疲勞，頭昏目眩1．靜電危害的分類：(1)靜電力造成的不良后果；(2)靜電火花引發(fā)的災害。2．防止靜電產生的措施：(1)控制靜電的產生；(2)把產生的電荷盡快導走。靜電屏蔽就是其中一個可以防止靜電危害的措施

當用金屬網罩把驗電器罩起來時，驗電器箔片始終閉合。這是為什么呢？？思考由于金屬網罩會瞬間建立起靜電平衡，靜電平衡的金屬網罩內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面，內部場強為零，靜電平衡對金屬形狀及密封與否無關。所以，原來發(fā)生靜電感應的驗電器又恢復到了原來的中和狀態(tài)，不帶電。2.實質：靜電屏蔽實質是利用靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，即所謂屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零。四.靜電屏蔽1.定義：導體球殼內(或金屬網罩)達到靜電平衡后，內部場強處處為0，不受外部電場的影響，內部的儀器不會受到外電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。罩上金屬網罩四.靜電屏蔽靜電屏蔽的兩種情況類別導體外部電場不影響導體內部接地導體內部的電場不影響導體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷在空腔內的合場強為零,達到靜電平衡狀態(tài),起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時,外表面的感應電荷因接地將傳給地球,外部電場消失,起到屏蔽內電場的作用最終結論導體內空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內部電荷影響本質靜電屏蔽的原理是靜電平衡,只有金屬導體才能處于靜電平衡狀態(tài)外屏蔽內屏蔽飛機在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時都有可能遭遇雷擊(如圖所示)。但是當飛機遭遇雷擊時,電流可以從雷電云到達飛機頭部,縱向流過機身外殼,最后從機尾凌空打到地上或從其中一機翼打過另一機翼,橫向流過機身,