高中物理人教必修三9.4靜電的防止與利用 學(xué)案

1、第九章 第4節(jié)靜電的防止與利用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解靜電平衡狀態(tài)的形成過(guò)程，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0.2了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象，了解靜電的防止的原理。3知道靜電吸附原理，了解靜電吸附在靜電除塵等技術(shù)中的應(yīng)用。4關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象，體會(huì)物理學(xué)與生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系。【課前預(yù)習(xí)】一、靜電平衡1靜電感應(yīng)現(xiàn)象：放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體的兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。2靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)。3導(dǎo)體靜電平衡時(shí)的特點(diǎn)：(1)內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零；(感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)E等于外部場(chǎng)強(qiáng)E0，方向相反，則總場(chǎng)強(qiáng)等于0)(2)外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的

2、表面垂直；(3)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面；(4)在導(dǎo)體表面越是尖銳的地方，電荷的密度越大，周圍的場(chǎng)強(qiáng)也越大。二、尖端放電1電離：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，可以使空氣中的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞使空氣分子中的正、負(fù)電荷分離，這種現(xiàn)象叫作電離。2尖端放電：電離后的那些與導(dǎo)體尖端電荷符號(hào)相反的粒子，與尖端的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷，這種現(xiàn)象叫作尖端放電。3尖端放電的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑，減少電能的損失。三、靜電屏蔽1靜電屏蔽的兩種情況：(1)如左

3、圖，導(dǎo)體球殼在外界電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡，空腔里的總電場(chǎng)處處為零，導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用。(2)如右圖，由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球殼內(nèi)外兩側(cè)感應(yīng)出正負(fù)電荷，當(dāng)球殼外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷傳給地球，外界總電場(chǎng)處處為零，球殼外部不受內(nèi)部電荷影響，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用2靜電屏蔽的應(yīng)用(1)把電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里。(2)野外三條輸電線上方架設(shè)兩條導(dǎo)線，與大地相連，把輸電線屏蔽起來(lái)，避免受到雷擊。四、靜電吸附1靜電除塵：設(shè)法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極被收集起來(lái)。2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

4、運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。3靜電復(fù)印的工作過(guò)程：(1)充電：通過(guò)電源使有機(jī)光導(dǎo)體鼓帶上正電。(2)曝光：利用光學(xué)系統(tǒng)將原稿上字跡的像成在有機(jī)光導(dǎo)體鼓上，有字跡的地方保留正電荷。(3)顯影：帶負(fù)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(zhuǎn)?。簬д姷霓D(zhuǎn)印電極使白紙帶上正電，帶正電的白紙與有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面墨粉組成的字跡接觸，將帶負(fù)電的墨粉吸附在白紙上。(5)放電：使有機(jī)光導(dǎo)體放電，除去表面的殘余電荷。判一判(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零。()(2)靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體的電勢(shì)也為零。()(3)避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖?/p>

5、中帶的電荷被避雷針通過(guò)導(dǎo)線導(dǎo)入大地。()(4)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開(kāi)。()(5)飛機(jī)輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地。()【學(xué)習(xí)過(guò)程】任務(wù)一：對(duì)靜電平衡的理解例1在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B，電荷量分別為Q和2Q，相距為2l，如果在兩個(gè)點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O有一個(gè)半徑為r(rl)的空心金屬球，且球心位于O點(diǎn)，如圖所示，則球殼上的感應(yīng)電荷在O處的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為多少？方向如何？解析根據(jù)電場(chǎng)的疊加和靜電平衡，球心O處的合場(chǎng)強(qiáng)為0，即感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度與A、B兩點(diǎn)電荷在O處所產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)等大、反向，即E感EAEBkeq f(Q,l2)keq

6、 f(2Q,l2)eq f(3kQ,l2)，A、B在O處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度方向向左，所以E感向右。答案eq f(3kQ,l2)方向向右上例中，若將點(diǎn)電荷B移走，其他條件不變，則球殼上的感應(yīng)電荷在O處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為多少？方向如何？提示：E感EAkeq f(Q,l2)，A在O處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度方向向左，所以E感向右。變式訓(xùn)練1-1 (多選)關(guān)于靜電感應(yīng)和靜電平衡，以下說(shuō)法正確的是()A靜電感應(yīng)是由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受靜電力作用的結(jié)果B導(dǎo)體內(nèi)的自由電子都不運(yùn)動(dòng)稱為靜電平衡C處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體所占空間各處電場(chǎng)強(qiáng)度均為零D處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部將沒(méi)有多余的“凈”電荷變式訓(xùn)練1-2如圖所示，將一個(gè)

7、不帶電的金屬球A放在帶正電的點(diǎn)電荷Q的左側(cè)，當(dāng)金屬球達(dá)到靜電平衡時(shí)，下列判斷正確的是()A金屬球?qū)a(chǎn)生出正電荷B金屬球左側(cè)將出現(xiàn)負(fù)的凈電荷C點(diǎn)電荷Q在A的球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為零DA的內(nèi)部合電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零變式訓(xùn)練1-3 (多選)如圖所示，在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B。下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的是()A用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D使驗(yàn)電器A靠近B變式訓(xùn)練1-4一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4108

8、 C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2108 C的負(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B帶電荷量分別為()AQA108 C，QB108 CBQA2108 C，QB0CQA0，QB2108 CDQA4108 C，QB2108 CBA、B接觸中和后凈電荷只分布在空心金屬球A的外表面上，故B項(xiàng)正確。變式訓(xùn)練1-5如圖所示，先用絕緣細(xì)線將導(dǎo)體懸掛起來(lái)，并使導(dǎo)體帶電。然后用帶絕緣柄的不帶電小球接觸A點(diǎn)，再用小球與驗(yàn)電器接觸。用同樣的方法檢驗(yàn)B、C部位的帶電情況，則()A與A接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的角度最大B與C接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的角度最大C與A、

9、B、C接觸再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的角度一樣大D通過(guò)實(shí)驗(yàn)可確定導(dǎo)體上平坦部位電荷分布比較密集反思總結(jié)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的求解方法(1)運(yùn)用Ekeq f(Q,r2)求出外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)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。任務(wù)二：對(duì)靜電屏蔽的理解例2如圖所示，把原來(lái)不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi)，但不與B接觸，達(dá)到靜電平衡后，則()AB的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零BB不帶電CB的外表面帶正電DB的內(nèi)表面帶負(fù)電變式訓(xùn)練2-1如圖所示，將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小

10、球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不跟球壁接觸)，再將一個(gè)懸掛在絕緣細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，但不接觸時(shí)()A小球A往左偏離豎直方向，小球B往右偏離豎直方向B小球A的位置不變，小球B往右偏離豎直方向C小球A往左偏離豎直方向，小球B的位置不變D小球A和B的位置都不變變式訓(xùn)練2-2某研究性學(xué)習(xí)小組學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)后對(duì)電工穿的高壓作業(yè)服進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列各同學(xué)的理由正確的是()A甲認(rèn)為銅絲編織的衣服不易拉破，所以用銅絲編織B乙認(rèn)為電工被銅絲紡織的衣服包裹，使身體能夠?qū)щ?，?duì)人體起保護(hù)作用C丙認(rèn)為電工被銅絲紡織的衣服包裹，使體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為零，對(duì)人體起保護(hù)作用D丁認(rèn)為銅絲必須達(dá)

11、到一定的厚度，才能對(duì)人體起到保護(hù)作用任務(wù)三：靜電的產(chǎn)生、應(yīng)用和防止例3 (多選)靜電的應(yīng)用有多種，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等，它們依據(jù)的原理都是讓帶電的物質(zhì)粒子在電場(chǎng)力作用下奔向并吸附到電極上，靜電噴漆的原理如圖所示，則以下說(shuō)法正確的是()A在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強(qiáng)電場(chǎng)B涂料微粒一定帶正電C涂料微粒一定帶負(fù)電D涂料微粒可以帶正電，也可以帶負(fù)電變式訓(xùn)練3-1 (多選)下列措施中，屬于防止靜電危害的是()A運(yùn)送汽油的油罐車后有一條拖在地面上的鐵鏈B轎車頂部有一根露在外面的天線C印染車間總保持適當(dāng)?shù)臐穸菵鋪在房間的地毯中夾雜著0.05 mm的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維變式訓(xùn)練3-2如圖為靜電除塵示意圖，m、n 為金屬管內(nèi)