靜電的防止與利用 高二上學期物理人教版（2019）必修第三冊

9.4靜電的防止與利用1．通過對靜電場中導體的自由電荷運動情況的討論，感受靜電平衡概念的建立過程。2．掌握歸納、演繹推理的方法，訓練學生的推理能力，親身感受知識的建立過程。3．通過對靜電場中導體的自由電荷運動情況的討論，了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導體的特征。4．經(jīng)歷觀察、實驗、探究等學習活動，培養(yǎng)尊重客觀事實、實事求是的科學態(tài)度。學習目標3.感應電荷的電場增到與外電場相等時，即E’=E時，自由電荷的定向移動停止。

-+-+-+-+4.導體內(nèi)部場強E為零，導體內(nèi)自由電子不在定向移動,就叫靜電平衡狀態(tài)。

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一、靜電平衡導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動，稱為靜電平衡狀態(tài)。分布在導體兩側的正電荷和負電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生一個與E0方向相反的電場E′，導體內(nèi)部的合場強為E合＝E0－E′，當E′小于E0時，E合方向向右，受到庫侖力作用，負電荷繼續(xù)在導體左側堆積，直到E合＝0，電子不在發(fā)生定向移動。這時我們說導體達到靜電平衡狀態(tài)。-------＋＋＋＋E′----＋＋＋＋E＝0靜電平衡狀態(tài).A.B

導體內(nèi)部場強處處為零導體是等勢體,表面為等勢面導體表面處場強方向必跟該點的表面垂直新知講解

導體內(nèi)部無電場線分布，外表面處場強方向必跟該點的表面垂直。靜電平衡狀態(tài)下導體的電場靜電平衡時導體上的電荷分布特點：（1）導體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面。（2）在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。思考、靜電平衡時導體上的電荷分布在哪里？二、尖端放電問題1：靜電平衡時，導體內(nèi)部和外部的電荷分布有什么特點？靜電平衡時，導體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的外表面。并且在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，周圍的電場強度越大。問題2：什么叫作空氣的電離?在一定條件下，導體尖端周圍的強電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離。這個現(xiàn)象叫作空氣的電離。問題3：什么叫作尖端放電?中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。問題4：避雷針的工作原理是什么?將尖銳的金屬棒安裝在建筑物的頂端，用粗導線與埋在地下的金屬板連接，保持與大地的良好接觸，就成為避雷針。當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷。通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，達到避免雷擊的目的。問題5：尖端放電有什么危害?應怎樣減小危害?尖端放電會導致高壓設備上電能的損失，所以高壓設備中導體的表面應該盡量光滑。罩上金屬網(wǎng)罩

導體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為0，不受外部電場的影響，內(nèi)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。三、靜電屏蔽思考：接地導體殼內(nèi)部電場對殼外有無影響？2．接地導體殼內(nèi)部電場對殼外空間無影響的情況(1)現(xiàn)象①如圖甲所示，導體殼沒有接地時，處于內(nèi)部電場中，達到靜電平衡，導體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，殼內(nèi)外表面之間電場強度處處為零，殼外電場強度不為零。②導體殼接地后，如圖乙所示，導體殼外的正電荷被大地負電荷中和，正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無窮遠處，導體殼內(nèi)外表面之間及導體殼外部電場強度處處為零，導體殼外部空間不受內(nèi)部影響。(2)本質：仍然是靜電感應，使導體殼內(nèi)表面感應電荷與殼內(nèi)電荷在導體殼內(nèi)表面以外空間疊加結果為零。靜電屏蔽的應用：

超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的，可以對人體起到靜電屏蔽作用，使人安全作業(yè)。靜電除塵原理：靜電除塵器由板狀收集器A和線狀電離器B組成。A接到幾千伏高壓電源的正極，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，電場強度越大。B附近的空氣中的氣體分子更容易被電離，成為正離子和電子。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，遇到煙氣中的粉塵，使粉塵帶負電。粉塵被吸附到正極A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。四、靜電吸附1、靜電除塵：設法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達電極被收集起來。2、靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。3、靜電復印的工作過程：（1）充電：通過電源使有機光導體鼓帶上正電。（2）曝光：利用光學系統(tǒng)將原稿上字跡的像成在有機光導體鼓上，有字跡的地方保留正電荷。（3）顯影：帶負電的墨粉被吸附在字跡成像處，顯示出墨粉組成的字跡。（4）轉?。簬д姷霓D印電極使白紙帶上正電，帶正電的白紙與有機光導體鼓表面墨粉組成的字跡接觸，將帶負電的墨粉吸附在白紙上。（5）放電：使有機光導體放電，除去表面的殘余電荷。課堂評價答案:A1.處于靜電平衡的導體,其內(nèi)部電場強度處處為0的原因是(

)A.外電場和所有感應電荷的電場在導體內(nèi)部疊加的結果為0B.外電場不能進入導體內(nèi)部C.所有感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場強度為0D.以上解釋都不正確答案:B2.下列現(xiàn)象中,不屬于防止靜電危害的是 (

)A.在很高的建筑物頂端裝上避雷針B.在高大的煙囪中安裝靜電除塵器C.油罐車后面裝一根拖在地上的鐵鏈條D.存放易燃品的倉庫的工人穿上導電橡膠做的防電靴3.如圖所示,把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地,將一帶正電的小球A從小孔中放入金屬殼內(nèi),但不與B接觸,達到靜電平衡狀態(tài)后,則(

)答案:DA.B的空腔內(nèi)電場強度為0B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負電1．靜電平衡狀態(tài)下導體的電場學習了靜電平衡、概念，知道靜電