高二物理人教版2019必修第三冊(cè)同步課件第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用第四節(jié)+靜電的防止與利用

第九章

靜電場(chǎng)及其應(yīng)用人教版

必修三第四節(jié)

靜電的防止與利用情境引入：自然界到處有靜電。生產(chǎn)中的攪拌、擠壓、切割等活動(dòng)，生活中的穿衣、脫衣、運(yùn)動(dòng)等過(guò)程都可能產(chǎn)生靜電。在加油站給車(chē)加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？如圖甲所示，導(dǎo)體中的電子為什么向左運(yùn)動(dòng)？如圖乙所示，導(dǎo)體內(nèi)部的凈電荷為什么少了？E′是什么？圖丙說(shuō)明了什么？把一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到電場(chǎng)強(qiáng)度為E0的電場(chǎng)中。思考如下問(wèn)題：1．靜電平衡的實(shí)質(zhì)金屬導(dǎo)體放到場(chǎng)強(qiáng)為E0的電場(chǎng)中，導(dǎo)體中的自由電子在靜電力作用下定向移動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)體一側(cè)聚集負(fù)電荷，而另一側(cè)聚集正電荷，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，導(dǎo)致合場(chǎng)強(qiáng)減小。當(dāng)感應(yīng)電荷繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小，直到合場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí)，自由電荷的定向移動(dòng)停止。2．對(duì)靜電平衡的三點(diǎn)理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)的結(jié)果，達(dá)到靜電平衡時(shí)，自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)。(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間是非常短暫的。(3)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，是指外電場(chǎng)E0與導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E′的合場(chǎng)強(qiáng)為零，E′＝－E0。一、靜電平衡

例1如圖所示，點(diǎn)電荷A和B所帶電荷量分別為＋3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm。若在兩點(diǎn)電荷連線(xiàn)中點(diǎn)O處放一個(gè)半徑為1cm的金屬球殼，求球殼上感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。(靜電力常量k＝9×109N·m2/C2)【答案】5.4×105N/C，方向由O指向A

【變式訓(xùn)練1】如圖所示，在原來(lái)不帶電的金屬細(xì)桿ab附近P處，放置一個(gè)正點(diǎn)電荷，達(dá)到靜電平衡后(

)A．c處場(chǎng)強(qiáng)比d處大B．c處場(chǎng)強(qiáng)比d處小C．桿內(nèi)c處場(chǎng)強(qiáng)的方向由b指向aD．桿內(nèi)c處場(chǎng)強(qiáng)的方向由a指向bB

如圖甲所示，把一個(gè)大的導(dǎo)體安放在絕緣支架上，并使導(dǎo)體帶電。然后用帶絕緣柄的小驗(yàn)電球P接觸它的A點(diǎn)，再與驗(yàn)電器接觸，檢驗(yàn)A點(diǎn)的帶電情況。按同樣的方法檢驗(yàn)B點(diǎn)和C點(diǎn)的帶電情況。

實(shí)際情況是驗(yàn)電球跟帶電體的A點(diǎn)接觸后，驗(yàn)電器的金屬箔張角較小；跟B點(diǎn)接觸后，驗(yàn)電器的金屬箔張角較大；跟尖端C點(diǎn)接觸后，驗(yàn)電器的金屬箔張角最大。1．處于靜電平衡的導(dǎo)體上電荷的分布(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。(2)在導(dǎo)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?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度越大。補(bǔ)充：若導(dǎo)體為空腔，則電荷只分布在外表面，內(nèi)表面無(wú)電荷。二、尖端放電二、尖端放電2．尖端放電利用導(dǎo)體表面電荷分布的特點(diǎn)，尖端的強(qiáng)電場(chǎng)使空氣電離，中和尖端的電荷的現(xiàn)象。避雷針是這一現(xiàn)象的應(yīng)用。越尖銳越易放電，故高壓設(shè)備上的金屬元件表面要盡量光滑，避免尖端放電。

如圖乙、丙所示，兩組實(shí)驗(yàn)裝置完全相同，C為僅在上端開(kāi)有小孔的空心金屬球，D為絕緣手柄一端連接的不帶電金屬小球，使驗(yàn)電器B和空心金屬球C帶電，驗(yàn)電器A不帶電。如圖乙，若用金屬小球D與C的外部接觸，然后再跟A的金屬球接觸，觀(guān)察到A的箔片張開(kāi)；如圖丙，若讓D與C的內(nèi)表面接觸，然后再跟A的金屬球接觸，觀(guān)察到A的箔片閉合。這兩種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？空腔內(nèi)電場(chǎng)有何特點(diǎn)？說(shuō)明C的外表面有電荷，內(nèi)表面沒(méi)有電荷。由靜電平衡知，空腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零。三、靜電屏蔽1.定義：把一個(gè)電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場(chǎng)，但由于殼內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為0，外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響。金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。2.實(shí)質(zhì)：靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是靜電平衡。金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(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。三、靜電屏蔽靜電屏蔽的兩種情況靜電外屏蔽靜電內(nèi)屏蔽圖示實(shí)現(xiàn)過(guò)程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(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)體空腔內(nèi)不受外界電場(chǎng)影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電場(chǎng)影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡三、靜電屏蔽3.靜電屏蔽的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：為了防止外界信號(hào)的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)工作中。許多電子儀器外面都套著金屬罩；通訊電纜外面包著一層鉛皮；高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣；又如電話(huà)線(xiàn)從高壓線(xiàn)下經(jīng)過(guò)，為了防止高壓線(xiàn)對(duì)電話(huà)線(xiàn)的影響，在高壓線(xiàn)與電話(huà)線(xiàn)之間裝一金屬網(wǎng)等，這些都是用來(lái)防止外界電場(chǎng)干擾的屏蔽措施。(2)防止：靜電屏蔽也可帶來(lái)不利的影響。如通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)建筑中接收信號(hào)較弱；宇宙飛船返回地球大氣層時(shí)，與大氣層高速摩擦，在飛船周?chē)纬梢粚拥入x子體，對(duì)飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用，導(dǎo)致飛船和地面控制中心的通信聯(lián)絡(luò)暫時(shí)中斷。例2關(guān)于靜電平衡導(dǎo)體上電荷的分布，下列說(shuō)法正確的是(

)A．導(dǎo)體內(nèi)部既無(wú)正電荷，又無(wú)負(fù)電荷B．導(dǎo)體內(nèi)部正負(fù)電荷一樣多C．導(dǎo)體外表面的電荷代數(shù)和一定為零D．導(dǎo)體外表面尖銳的位置電荷稀疏，平坦的位置電荷密集B

【變式訓(xùn)練2】將帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)，另一帶負(fù)電的小球B向C靠近，結(jié)果將（）A．A向左偏離豎直線(xiàn)，B向右偏離豎直線(xiàn)B．A位置不變，B向右偏離豎直線(xiàn)C．A向左偏離豎直線(xiàn)，B的位置不變D．A和B的位置都不變B問(wèn)題引入：靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印、靜電植絨……。帶電粒子在靜電場(chǎng)中受到靜電力作用。1：靜電吸附在工業(yè)和生活中有很多重要的用途，你知道哪些？2：想一想靜電吸附的基本原理是什么？1．靜電除塵如圖，靜電除塵器由板狀收集器A和線(xiàn)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(fù)極，它們之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，而且距B越近，電場(chǎng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，遇到煙氣中的粉塵，使粉塵帶負(fù)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運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。四、靜電吸附3．靜電復(fù)印復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓，它是一個(gè)金屬圓柱，表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)。沒(méi)有光照時(shí)，OPC是絕緣體，受到光照時(shí)變成導(dǎo)體。復(fù)印機(jī)復(fù)印的工作過(guò)程如圖所示。四、靜電吸附

例3在一次科學(xué)晚會(huì)上，一位老師表演了一個(gè)“魔術(shù)”：如圖所示，一個(gè)沒(méi)有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機(jī)的兩極相連。在塑料瓶里放一盤(pán)點(diǎn)燃的蚊香，很快就看見(jiàn)整個(gè)透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說(shuō)法正確的是（）A．鋸條和金屬片之間為勻強(qiáng)電場(chǎng)B．鋸條附近的電場(chǎng)強(qiáng)度最大C．若鋸條接電源負(fù)極，金屬片接正極，當(dāng)搖動(dòng)起電機(jī)時(shí)，煙霧會(huì)向金屬片移動(dòng)D．當(dāng)把起電機(jī)一搖，頓時(shí)塑料瓶清澈透明，當(dāng)起電機(jī)停止搖動(dòng)一段時(shí)間后，又會(huì)是煙霧繚繞BCD課堂練習(xí)1．如圖所示為空腔球形導(dǎo)體（不帶電），現(xiàn)將一個(gè)帶正電的小金屬球放入空腔內(nèi)，靜電平衡時(shí)，圖中A、B、C三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小關(guān)系是（）A．EA>EB=ECB．EA>EB>ECC．EA=EB=ECD．EA=EB>ECB課堂練習(xí)2．如圖所示為某帶電導(dǎo)體的電場(chǎng)線(xiàn)分布，M、N是電場(chǎng)中兩點(diǎn)，則（）A．導(dǎo)體左側(cè)帶正電，右側(cè)帶負(fù)電B．導(dǎo)體電荷分布密度左側(cè)大于右側(cè)C．M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度D．導(dǎo)體內(nèi)部的P點(diǎn)不可能有凈電荷D課堂練習(xí)3．如圖用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，下列有關(guān)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述或解釋正確的是（）A．驗(yàn)電器的金屬球因靜電感應(yīng)而帶負(fù)電荷B．驗(yàn)電器的金屬箔