20-21版94靜電防止與利用

20-21版94靜電防止與利用（創(chuàng)新設(shè)計(jì)）第第44節(jié)靜電的防止與利用核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn)。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。會(huì)根據(jù)靜電平衡條件求解感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)。觀察演示實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，體會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理的方法。知識(shí)點(diǎn)一靜電平衡狀態(tài)、導(dǎo)體上電荷的分布『觀圖助學(xué)』（1）（2）如下圖，當(dāng)一個(gè)帶電體靠近不帶電導(dǎo)體時(shí)，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到靜電力的作用，將向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)，從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這就是前面學(xué)習(xí)的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。這種定向移動(dòng)是無(wú)休止的嗎？②電荷的移動(dòng)對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)有影響嗎？1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象：把導(dǎo)體放入電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷在靜電力作用下定向移動(dòng)，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象。靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體中（包括外表）自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)，我們就認(rèn)為導(dǎo)體到達(dá)了靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。(2)外表處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，方向跟導(dǎo)體外表垂直。導(dǎo)體上電荷的分布(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外外表。(2)在導(dǎo)體外表，越鋒利的位置，電荷的密度(單位面積上的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。『思考判斷』(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外表處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，方向跟導(dǎo)體外表可能垂直，可能平行，也可能成任意夾角。(X)(2)因?yàn)橥怆妶?chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合電場(chǎng)強(qiáng)度為0，所以處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0°(J)知識(shí)點(diǎn)二尖端放電、靜電屏蔽和靜電吸附『觀圖助學(xué)』⑴避雷針的作用是什么(如圖甲所示)(2)飛機(jī)在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時(shí)都有可能遭遇雷擊(如圖乙所示)。但是當(dāng)飛機(jī)遭遇雷擊時(shí)，電流可以從雷電云到達(dá)飛機(jī)頭部，縱向流過機(jī)身外殼，最后從機(jī)尾凌空打到地上或從其中一機(jī)翼打過另一機(jī)翼，橫向流過機(jī)身，但不管怎樣，閃電都只會(huì)沿著飛機(jī)外殼流過，而不會(huì)進(jìn)入機(jī)內(nèi)對(duì)乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？甲乙1.空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，強(qiáng)電場(chǎng)作用下的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，使分子中的正負(fù)電荷別離的現(xiàn)象。2.尖端放電：與導(dǎo)體尖端異號(hào)的粒子，由于被吸引，而與尖端上電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。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防止雷擊的一種設(shè)施。（2）防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的外表盡量光滑會(huì)減少電能的損失。靜電屏蔽：金屬殼（網(wǎng)）內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為0，外電場(chǎng)對(duì)殼（網(wǎng)）內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響的作用叫作靜電屏蔽。靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連。靜電吸附：靜電雖然會(huì)有危害，但也可以利用。在電場(chǎng)中，帶電粒子受到靜電力的作用，向著電極運(yùn)動(dòng)，最后會(huì)被吸附在電極上。這一原理在生產(chǎn)技術(shù)上被廣泛應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)例：靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印、靜電植絨等?！核伎寂袛唷唬?）避雷針能防止建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地。（x）（2）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，那么驗(yàn)電器箔片能張開。（X）（3）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。（J）靜電感應(yīng)的因果關(guān)系當(dāng)小球通過導(dǎo)線分別與帶電空腔連接時(shí)，如下圖，不管怎樣連接，連接后小球和帶電空腔都會(huì)成為一個(gè)整體，小球成了這個(gè)整體的外部，故小球都會(huì)帶電。一般的電子打火裝置、避雷針、工業(yè)煙囪除塵的裝置利用的都是尖端放電的原理。靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好似是金屬殼將外電場(chǎng)“擋〃在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零。核心要點(diǎn)對(duì)靜電平衡的理解『觀察探究』如下圖，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)等量異號(hào)電荷。請(qǐng)思考以下問題：(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？(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？『答案』自由電子受外加電場(chǎng)的靜電力作用而移動(dòng)，向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。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。『探究歸納』1.靜電平衡實(shí)質(zhì)⑴在到達(dá)靜電平衡的過程中，外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小，直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止。(2)靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零，即E合=0。2.靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)①導(dǎo)體內(nèi)部某處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E'與周圍原電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E大小相等，方向相反，兩者相互抵消，導(dǎo)體內(nèi)部處處合場(chǎng)強(qiáng)E合為零，但導(dǎo)體外表的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零。電場(chǎng)線與導(dǎo)體外表垂直。（2）靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)①凈電荷都分布在導(dǎo)體的外外表，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷。感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，遠(yuǎn)同近異，如圖甲所示。凈電荷在導(dǎo)體外表分布不均勻，導(dǎo)體外表鋒利處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒有電荷，如圖乙所示。『試題案例』『例1』長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如下圖。當(dāng)棒到達(dá)靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于，方向?yàn)椤航馕觥粚?dǎo)體棒在點(diǎn)電荷+q的電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任意一點(diǎn)都受兩個(gè)電場(chǎng)的影響，即外電場(chǎng)（+q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E0）和附加電場(chǎng)（棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E'），到達(dá)靜電平衡狀態(tài)時(shí)E'=—E0題中所求的即為E'，E'=—E0=—kq〔R+12〕2=—4kq〔2R+l〕2，負(fù)號(hào)代表E'和E0方向相反，即方向向左?！捍鸢浮?kq〔2R+1〕向左方法凝煉求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的方法(1)先求出外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E外的大小和方向。由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，那么滿足靜電平衡條件E合=0。由￡外+E感=0,求出感應(yīng)電場(chǎng)E感的大小和方向?！横槍?duì)訓(xùn)練1』在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B,電荷量分別為一Q和+2Q，相距為21，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)，如下圖，那么球殼上的感應(yīng)電荷在O處的場(chǎng)強(qiáng)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0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0處所產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)等大、反向，即￡感=EA+EB=kQ12+k2Q12=3kQ12，A、B在0處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向左，所以E感向右?！捍鸢浮?kQ12方向向右核心要點(diǎn)靜電屏蔽『觀察探究』1.(1)電梯是什么材質(zhì)的，能否被看成是金屬容器？(2)王明剛搬了新家，可每次進(jìn)入電梯里總打不通，這是為什么？『答案』(1)電梯是用不銹鋼板做成的，可以看成金屬容器。(2)電梯可以看成金屬容器，起到了屏蔽作用。在如下圖的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？A中不會(huì)張開，金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場(chǎng)；B中會(huì)張開，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對(duì)外界產(chǎn)生影響；C中不會(huì)張開，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體對(duì)網(wǎng)外無(wú)影響，網(wǎng)外的帶電體對(duì)網(wǎng)內(nèi)也無(wú)影響?！禾骄繗w納』靜電屏蔽的兩種情況類別導(dǎo)體外部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼外表上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，到達(dá)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)，外外表的感應(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『試題案例』『例2』將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬球殼C內(nèi)（不和球殼內(nèi)壁接觸），另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如下圖，那么（）A.A往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向B.A的位置不變，B往右偏離豎直方向C.A往左偏離豎直方向，B的位置不變D.A和B的位置都不變『解析』不接地的空腔導(dǎo)體可以屏蔽外界電場(chǎng)，接地的空腔導(dǎo)體可以屏蔽內(nèi)部電場(chǎng)，該題中帶正電的小球A放在不帶電的空心球殼C內(nèi)，通過靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電。由于金屬空心球殼C的外殼和帶電小球B帶異種電荷，所以B受C球殼的吸引往右偏離豎直方向。而由于空心球殼C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場(chǎng)，使小球A不受外電場(chǎng)的作用，所以A的位置不變，應(yīng)選項(xiàng)B正確?！捍鸢浮籅『針對(duì)訓(xùn)練2』如下圖，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來(lái)不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，那么（）A.A球帶負(fù)電荷，B球帶正電荷B.A球帶負(fù)電荷，B球不帶電C.A、B兩球都帶負(fù)電荷D.A、B兩球都帶正電荷『解析』首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央。根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)外表帶負(fù)電荷，外外表帶正電荷。用手接觸入相當(dāng)于把A接地，由大地傳導(dǎo)過來(lái)的電子與A球外外表正電荷中和，使A球外外表不帶電，此時(shí)A球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場(chǎng)不影響外部。用手接觸B時(shí)，無(wú)電荷移動(dòng)，B球不帶電。當(dāng)帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)外表所帶的負(fù)電荷移至外外表，所以此時(shí)A球帶負(fù)電荷。由上述可知，選項(xiàng)B正確。『答案』B核心要點(diǎn)靜電的應(yīng)用與靜電危害的防止『觀察探究』如下圖，在工廠里，靠近傳送帶的工人經(jīng)常受到電擊。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這是由于傳送帶在傳送過程中帶上了電。（1）解釋為什么靠近傳送帶的物體會(huì)帶電？（2）你可以用什么方法來(lái)解(1)傳送帶因?yàn)榕c被傳送的物體間發(fā)生摩擦而帶電，靠近傳送帶的物體因?yàn)殪o電感應(yīng)也帶上電。(2)要防止這種電擊，可以把導(dǎo)體材料如金屬絲等摻到傳送帶材料中，讓傳送帶變成導(dǎo)體，或者用導(dǎo)體制造傳送帶，再用適當(dāng)?shù)姆椒ò褌魉蛶Ы拥?，靜電便不會(huì)積累，工人也不會(huì)再遭電擊?！禾骄繗w納』1.靜電的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活中，靜電的應(yīng)用十分廣泛，如激光打印、靜電噴漆、靜電除塵、靜電處理種子、靜電處理水、靜電放電產(chǎn)生臭氧、靜電植絨、靜電復(fù)印、噴墨打印、靜電凈化空氣、靜電提高噴灑農(nóng)藥的效果、靜電選礦等。靜電的危害靜電是一種常見現(xiàn)象，它會(huì)給人們帶來(lái)麻煩，甚至造成危害。如在印刷廠里，紙張之間摩擦帶電，會(huì)使紙張粘在一起，難以分開;在印染廠里，棉紗、毛絨、人造纖維上的靜電會(huì)吸引空氣中的塵埃，使印染質(zhì)量下降。靜電對(duì)現(xiàn)代高精密度、高靈敏度電子設(shè)備影響很大，大量的靜電不但會(huì)阻礙電子設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)蚧鸹ǚ烹姸鴵舸╇娮觾x器的某些器件。防止靜電危害的主要方法與途徑(1)盡量減少靜電的產(chǎn)生，常用的方法是增大空氣的濕度。(2)盡快把靜電導(dǎo)走，防止靜電積累，常用的最簡(jiǎn)單方法是接地。實(shí)例地毯中植入金屬絲，就是為了將摩擦產(chǎn)生的電荷及時(shí)導(dǎo)走?！涸囶}案例』『例3』（多項(xiàng)選擇）以下四幅圖中涉及靜電屏蔽現(xiàn)象的有（）『解析』當(dāng)帶電云層靠近建筑物時(shí)，避雷針上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷會(huì)通過針尖放電，逐漸中和云中的電荷，使建筑物免遭雷擊，其原理為尖端放電，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤；辦公用復(fù)印機(jī)，是靜電的應(yīng)用，應(yīng)選項(xiàng)B錯(cuò)誤；高壓輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，這兩條導(dǎo)線的作用是它們與大地相連，形成稀疏的金屬“網(wǎng)〃把高壓線屏蔽起來(lái)，免遭雷擊，應(yīng)選項(xiàng)C正確；用來(lái)裝硬盤的鋁箔袋，起到靜電屏蔽的作用，應(yīng)選項(xiàng)D正確?！捍鸢浮籆D方法總結(jié)防止靜電危害的對(duì)策和措施⑴要盡快導(dǎo)走多余電荷，防止靜電積累，可用導(dǎo)線把設(shè)備接地。（2） 調(diào)節(jié)空氣的濕度。（3） 在易燃易爆氣體和粉塵聚集的場(chǎng)所保持良好的通風(fēng)，消除靜電火花的引爆條件?！横槍?duì)訓(xùn)練3』靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如下圖，那么以下說法正確的選項(xiàng)是（）A.涂料微粒一定帶正電B.涂料微粒一定帶負(fù)電C.涂料微?？赡軒д姡部赡軒ж?fù)電D.噴嘴與工件之間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)『解析』根據(jù)電荷間的相互作用特點(diǎn)結(jié)合題目中原理圖分析。靜電噴涂的原理就是讓帶電的涂料微粒在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被吸附到工件上，而到達(dá)噴涂的目的，噴嘴與