第4節(jié)　靜電的防止與利用

第4節(jié)靜電的防止與利用核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導體特點。(2)知道導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?？茖W思維會根據(jù)靜電平衡條件求解感應電荷產(chǎn)生的電場強度。科學探究觀察演示實驗并對實驗現(xiàn)象分析，體會運用所學知識進行分析推理的方法；查閱并搜集資料，了解靜電屏蔽在科技領域和生活中的應用?？茖W態(tài)度與責任能對公眾利用和防護靜電的一些行為發(fā)表自己的觀點，有進行科學普及的興趣和責任感。一、靜電平衡1．靜電平衡：導體內的自由電子不再發(fā)生_________的狀態(tài)。2．處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內部的電場強度處處為___。3．導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體_____沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的_______。(2)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)_____

，凹陷的位置幾乎沒有電荷。定向移動0內部外表面越大二、尖端放電1．空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷_____很大，導體尖端周圍的強電場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_____的現(xiàn)象。2．尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被______而奔向尖端，與尖端上的電荷_____，相當于導體從尖端_________的現(xiàn)象。密度分離吸引中和失去電荷3．尖端放電的應用與防止(1)應用：_______是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量_____會減少電能的損失。處于靜電平衡中的導體，內部任意一點處外電場的電場強度與所有感應電荷的電場強度一定大小相等、方向相反。避雷針光滑三、靜電屏蔽1．靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內表面沒有電荷，導體殼內空腔里的電場強度處處為__。外電場對殼內的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作_________。2．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓輸電線上方還有兩條導線與大地相連。0靜電屏蔽四、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子受到________的作用，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象。2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程。3．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_____的工件運動，并沉積在工件表面。4．靜電復?。簭陀C應用了_________的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是______，受到光照時變成導體。靜電力正極靜電吸附絕緣體1.如圖所示，當一個帶電體靠近不帶電導體時，由于導體內的自由電子受到靜電力的作用，將向著與電場相反的方向定向移動，從而使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這就是前面學習的靜電感應現(xiàn)象。(1)這種定向移動是無休止的嗎？(2)電荷的移動對導體內部的電場有影響嗎？提示：(1)不是，當內部電場強度為0時，自由電荷的定向移動停止。(2)感應電荷產(chǎn)生的電場抵消導體內部電場。2．為防止雷擊對建筑物造成損壞，常在建筑物的頂端安裝避雷針，那么，避雷針是如何避免建筑物遭雷擊的？提示：當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬針出現(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。3．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，但不管怎樣，閃電都只會沿著飛機外殼流過，而不會進入機艙內對乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？提示：靜電屏蔽。新知學習(一)|靜電平衡的特點及應用[重點釋解]1．處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強為零的本質是外電場E0和感應電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強為0，即E0＝－E′。2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態(tài)，內部場強為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合場強為0。3．處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其外表面任一點的場強方向跟該點的表面垂直。4．靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內部沒有凈剩電荷，且電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集。/方法技巧/求處于靜電平衡狀態(tài)的導體的感應電荷產(chǎn)生的電場強度的方法(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向。(2)由于導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，求出感應電場E感的大小和方向。

[針對訓練]1．如圖所示，一個方形的金屬盒原來不帶電，現(xiàn)將一個帶電荷量為＋Q的點電荷放在盒左邊附近，達到靜電平衡后，盒上的感應電荷在盒內部產(chǎn)生的電場分布情況正確的是

(

)解析：由于金屬盒內部處于靜電平衡狀態(tài)，所以內部每點的合電場強度都為0，即金屬盒上的感應電荷在盒內任一點產(chǎn)生的電場的電場強度都與點電荷＋Q在該點產(chǎn)生的電場的電場強度大小相等、方向相反，即感應電荷的電場線與點電荷＋Q的電場線重合，但方向相反，故選項C正確。答案：C2．(2022·江蘇南通期末)如圖所示，將帶正電荷Q的導體球C靠近不帶電的導體，若沿虛線1將導體分成A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量大小分別為QA、QB；若沿虛線2將導體分成兩部分，這兩部分所帶電荷量大小分別為QA′和QB′。對于上述實驗，電荷量關系正確的是

(

)A．QA<QB，QA＝QA′

B．QA＝QB，QA>QA′C．QA′<QB′，QB＝QB′

D．QA′＝QB′，QB<QB′解析：當導體處于靜電平衡狀態(tài)時，不管是沿虛線1將導體分開還是沿虛線2將導體分開，兩部分所帶異種電荷量的大小均相等，即QA＝QB，QA′＝QB′，若沿虛線1將導體分成A、B兩部分，由于虛線1距正電荷Q較遠，A部分感應出的正電荷較少，即B部分感應出的負電荷較少，有QA<QA′，QB<QB′，故選D。答案：D新知學習(二)|對靜電屏蔽的理解和應用[任務驅動]如圖所示為帶有高電壓的法拉第籠，籠內站有幾名同學。請思考下列問題：(1)法拉第籠內各處的電場強度是多大？提示：處處為零。(2)為什么在帶高電壓的籠內的人安然無恙？提示：法拉第籠外殼是金屬，能起到靜電屏蔽作用，所以在帶高電壓的籠內的人安然無恙。

[重點釋解]1．導體內部不受外部電場影響的情況(1)現(xiàn)象：由于靜電感應，驗電器箔片張開，如圖甲所示。將驗電器放入導體網(wǎng)罩內部后驗電器箔片不張開，如圖乙所示，即外部電場影響不到導體內部。(2)本質：是靜電感應，導體外表面感應電荷與外電場在導體內部任一點的電場強度的疊加結果為零。2．接地導體殼內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，處于內部電場中，達到靜電平衡，導體殼內外表面出現(xiàn)等量異種電荷，殼內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部影響。(2)本質：仍然是靜電感應，使導體殼內表面感應電荷與殼內電荷在導體殼內表面以外空間疊加結果為零

[針對訓練]1．請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是

(

)A．維修高壓電路的電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B．制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C．小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死D．打雷時，待在汽車里比待在木屋里要危險解析：絕緣衣在高電壓下不能屏蔽高壓電場對人體的損害，而穿金屬衣可以對高壓電產(chǎn)生的電場起到屏蔽作用，A錯誤；由電學知識可知，汽油桶用金屬材料制作時可以及時將產(chǎn)生的靜電導走，B正確；小鳥站在單根高壓輸電線上，因為兩爪之間電壓幾乎為零，故小鳥不會被電死，C錯誤；由靜電屏蔽知識可知，打雷時待在汽車里更安全，故D錯誤。答案：B2.(2022·浙江臺州期末)如圖所示為某帶電導體四周的電場線分布，M、N是電場中兩點，則

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)A．導體左側帶正電，右側帶負電B．導體左側的電荷分布密度大于右側C．M點的電場強度大于N點的電場強度D．導體內部的P點場強為零解析：由電場線分布可知，導體左右兩側均帶正電，故A錯誤；右側電場線分布較密集，可知導體電荷分布密度左側小于右側，故B錯誤；因N點電場線較M點密集，則N點的電場強度大于M點的電場強度，故C錯誤；導體處于靜電平衡狀態(tài)，所以內部場強為零，故D正確。答案：D3．(2022·河北衡水期末)如圖所示，P是一個帶電體，S代表放在絕緣板上的一些小紙屑，而N是一個不帶電的空腔金屬球。那么，下列圖中的紙屑S不會被帶電體P吸引的是

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)解析：由于空腔金屬球無論是否接地，都能把外部的電場屏蔽起來不讓它影響內部，A正確；若把空腔金屬球接地，就能夠把內部帶電體的電場屏蔽起來不讓它影響外部，B項中金屬球未接地，金屬球內表面和外表面都有感應電荷，紙屑S會被帶電體P吸引，B錯誤；C、D選項中帶電體與紙屑在同一空間中，不構成靜電屏蔽，會被吸引，C、D錯誤，故選A。答案：A

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——尖端放電的應用1．(選自魯科版教材“物理聊吧”)請觀察建筑物上的避雷針(如圖)，看它們是如何巧妙設計的，分析它們如何能安全引電避雷，它們的造型與建筑物是否協(xié)調，并與同學討論交流。提示：在古建筑物的屋頂、屋角設置各種造型的動物，避雷針一端以動物頭上的角須形式或巨獸的舌頭向上探出的形式巧妙安裝，另一端引入大地，從而起到引電避雷效果。

科學思維——靜電除塵的原理分析2．(選自魯科版教材課后練習)(多選)靜電除塵器除塵原理如圖所示。塵埃在電場中通過某種機制帶電，在靜電力的作用下向收塵極遷移并沉積，以達到除塵目的。下列表述正確的是

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)A．帶電塵埃帶正電荷B．電場方向由收塵極指向電暈極C．帶電塵埃所受靜電力的方向與電場方向相同D．在同一位置，帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大解析：由題圖可知，電暈極為負極，收塵極為正極，帶電塵埃必帶負電荷，電場方向指向電暈極，帶電塵埃受到的靜電力方向與電場方向相反，A、C錯誤，B正確；在同一位置上，電場強度大小相同，帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大，故D正確。答案：BD二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．復印機的核心部件是有機光導體鼓，它是在一個金屬圓柱表面涂蓋一層有機光導體OPC(沒有光照時OPC是絕緣體，受到光照時變成導體)而制成的。如圖所示，復印機的基本工作過程是：(1)在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近空氣發(fā)生電離，使轉動鼓體均勻帶上正電荷；(2)文件反射的強光通過光學系統(tǒng)在鼓上成像，鼓上形成“靜電潛像”；(3)鼓體轉動經(jīng)過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位；(4)鼓體繼續(xù)轉動經(jīng)過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上。以下說法正確的是

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)A．步驟(1)中發(fā)生了靜電感應現(xiàn)象

B．步驟(2)中發(fā)生了局部導電現(xiàn)象C．步驟(3)中發(fā)生了靜電平衡現(xiàn)象

D．步驟(4)中發(fā)生了靜電屏蔽現(xiàn)象解析：在暗處的有機光導體鼓和一個金屬絲電極間加高電壓，金屬絲附近的空氣發(fā)生電離，這是將空氣電離的現(xiàn)象，故A錯誤；文件反射的強光使鼓體上部分OPC變成導體，將電荷導走，有字的部分則仍是絕緣體，保留電荷，這是局部導電現(xiàn)象，B正確；鼓體轉動經(jīng)過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位，這是異種電荷相互吸引現(xiàn)象，C錯誤；鼓體繼續(xù)轉動經(jīng)過復印紙，帶電復印紙又將墨粉吸引到復印紙上，這是異種電荷相互吸引現(xiàn)象，D錯誤。答案：B2．(2022·浙江寧波聯(lián)考)對于下列幾幅圖中所涉及的物理現(xiàn)象或原理，以下說法不正確的是

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)A．甲圖中，該女生和帶電的金屬球帶有同種性質的電荷B．乙圖為靜電除塵裝置的示意圖，帶負電的塵埃被收集在線狀電離器B上C．丙圖中，燃氣灶中電子點火器點火應用了尖端放電的原理D．丁圖中，兩條優(yōu)質的話筒線外面包裹著金屬外衣應