靜電的利用與防護 課件 -2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理粵教版（2019）必修第三冊

這些放電現(xiàn)象，有什么共同點嗎？帶電體帶電體導(dǎo)體導(dǎo)體靜電感應(yīng)2.3靜電的利用與防護復(fù)習(xí)回顧-++CAB用金屬的微觀結(jié)構(gòu)模型來解釋靜電感應(yīng)現(xiàn)象：金屬的微觀結(jié)構(gòu)模型金屬內(nèi)的自由電子在外界帶正電的C的吸引下，聚集到靠近C的近端A，導(dǎo)致近端A帶負(fù)電，遠(yuǎn)端B帶正電問題：把一個不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到電場強度為E0的電場中，根據(jù)金屬的微觀結(jié)構(gòu)模型，自由電子怎樣移動呢？E0ACBD自由電子逆著電場線方向定向移動ABCD---ABCD+++電場力的作用下，自由電子發(fā)生定向移動。自由電子的定向移動導(dǎo)致電子在AB端集聚，CD端正電荷“暴露”出來。

AB端感應(yīng)出負(fù)電荷、CD端感應(yīng)出正電荷。E0E0E0ABCD問題：自由電子定向移動會導(dǎo)致怎樣的情況發(fā)生呢？--++--++問題：導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動會一直進行下去嗎？兩端的感應(yīng)電荷會無限制增加嗎？導(dǎo)體兩側(cè)感應(yīng)出的正、負(fù)電荷會在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個反方向的感應(yīng)電場E’E’E0E0E0感應(yīng)電場與外電場疊加抵消（E=E’），直到導(dǎo)體內(nèi)部各點的電場強度E=0導(dǎo)體內(nèi)自由電子不再發(fā)生定向移動，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)一.靜電平衡：導(dǎo)體中(包括表面上)沒有電荷定向移動的狀態(tài)．1.靜電平衡的實質(zhì):在達(dá)到靜電平衡的過程中,外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反,使合場強減小,隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加,合場強逐漸減小,直至合場強為零,自由電荷的定向移動停止。2.靜電平衡的狀態(tài):導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為零,即E合=0。3.電場線與導(dǎo)體表面垂直,如果不垂直,該點場強應(yīng)有沿表面的切向分量,會使導(dǎo)體表面電荷發(fā)生移動,與靜電平衡狀態(tài)矛盾。金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。（由于電荷是以光速移動，所以放入電場后馬上達(dá)到靜電平衡）4.靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的電荷分布特點。①凈電荷都分布在導(dǎo)體的外表面,導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷。②感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端,電性相反,電荷量相等,近異遠(yuǎn)同,如圖甲所示。③凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻,導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集,平滑處電荷分布稀疏,凹陷處幾乎沒有電荷,如圖乙所示。問題：感應(yīng)起電時，導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，此時電荷分布在導(dǎo)體外表面，不發(fā)生定向移動，怎么會產(chǎn)生放電現(xiàn)象呢？強電場使空氣分子中正負(fù)電荷分離，這種現(xiàn)象叫做空氣的電離。問題：小球外表面電荷積累越多，電荷密度越大，則小球外部的電場強度越大。這樣的一個強電場會造成什么結(jié)果呢？電離產(chǎn)生的帶電粒子在電場的作用下，向著與自己電荷符號相反的一端運動。電離產(chǎn)生的帶電粒子與導(dǎo)體上的電荷中和，看起來就像是導(dǎo)體把電荷釋放出來。大量帶電粒子的運動，使空氣中有了電流，發(fā)出光和熱并產(chǎn)生聲音，這就是我們看到放電火花?？諝獾碾婋x容易在導(dǎo)體的什么部位發(fā)生？導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，故使空氣分子電離的現(xiàn)象更容易發(fā)生在導(dǎo)體的尖端。1.空氣的電離:導(dǎo)體尖端電荷密度很大,附近的電場很強,強電場作用下的帶電粒子劇烈運動,使分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。2.尖端放電:與導(dǎo)體尖端異號的粒子,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。二.尖端放電3.尖端放電的應(yīng)用與防止:(1)應(yīng)用:燃?xì)庠铍娮哟蚧?、避雷針等?2)防止:高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會減少電能的損失。燃?xì)庠畹狞c火器-----------+++++++++導(dǎo)體尖端電荷密度大尖端周圍電場強強電場使空氣分子中正負(fù)電荷分離帶電云層與避雷針間空氣成為導(dǎo)體帶電云層與避雷針連通形成電路避雷針接地，將云層電荷導(dǎo)入大地避雷針例1.在高大的建筑物上安裝避雷針的作用是(

)A．通過尖端放電中和云層中的電荷B．避免放電現(xiàn)象的發(fā)生C．直接導(dǎo)走云層中的電荷D．增加電荷在建筑物上的積累A例2.處于靜電平衡中的導(dǎo)體，內(nèi)部電場強度處處為零的原因是(

)A．導(dǎo)體內(nèi)部無任何電場B．外電場不能進入導(dǎo)體內(nèi)部C．所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場強度為零D．外電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零D例.如圖,將錐形殼導(dǎo)體固定在絕緣支架上并與起電機正極的連接桿連接,將尖端對準(zhǔn)點燃的燭焰,閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)燭焰被“吹”斜了,下列說法正確的是（）A.尖端處電荷分布最密集,附近電場強度最強,在強電場作用下,尖端與燭焰間的空氣電離B.向尖端飛來的電荷受到的電場力越來越大C.負(fù)電荷向燭焰飛去,使得燭焰“吹”斜D.負(fù)電荷向尖端飛來過程中,電勢能增大AB三.靜電的利用：1.靜電噴涂圖中工件帶正電，噴杯帶負(fù)電，油漆從高速旋轉(zhuǎn)的噴杯中飛出，呈霧狀并帶負(fù)電，由于靜電吸引作用，油漆霧粒便奔向工件，并附著在工件上，這樣可以實現(xiàn)噴漆自動化．(1)原理:靜電噴涂是一種利用靜電作用使霧化微粒在高壓作用下帶上負(fù)電荷,并吸附于帶正電荷的被涂物的涂裝技術(shù)。(2)優(yōu)點:靜電噴涂具有顯著優(yōu)點,如涂層質(zhì)量高、涂料利用率高、對使用者操作技術(shù)要求低等。在生產(chǎn)和生活中，靜電是普遍存在的，靜電的應(yīng)用十分廣泛，如靜電噴漆、靜電除塵、靜電植絨、靜電復(fù)印等。三.靜電的利用：2.靜電除塵:原理:靜電除塵是利用電荷相互作用的性質(zhì),把帶有不同電性的粉塵從煙氣中分離出來,再分類處理的過程。

金屬管A接到高壓電源的正極，金屬絲B接到高壓電源的負(fù)極，它們之間有很強的電場，而且距B越近，場強越大．B附近的空氣中的氣體分子被強電場電離，成為電子和正離子．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，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電，吸附到正極A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中．+-三.靜電的利用：3.靜電復(fù)印:(1)原理:靜電復(fù)印是利用正、負(fù)電荷的吸引力進行油墨轉(zhuǎn)移的印刷方式,又稱無壓印刷。(2)應(yīng)用:靜電復(fù)印技術(shù)已發(fā)展成一門成熟的技術(shù),被廣泛應(yīng)用于激光打印機、噴墨打印機、模擬式復(fù)印機、數(shù)字式復(fù)印機、速印機、傳真機等。4.靜電植絨:原理:靜電植絨是利用電荷之間同性相斥、異性相吸的性質(zhì),通過使絨毛帶上負(fù)電荷,令絨毛被吸引到帶正電的被植體表面上。靜電雖然有諸多應(yīng)用，但靜電也時常給人們帶來不便、煩惱、甚至危害，長期在靜電環(huán)境下工作的人容易精神疲勞，頭昏目眩1．靜電危害的分類：(1)靜電力造成的不良后果；(2)靜電火花引發(fā)的災(zāi)害。2．防止靜電產(chǎn)生的措施：(1)控制靜電的產(chǎn)生；(2)把產(chǎn)生的電荷盡快導(dǎo)走。靜電屏蔽就是其中一個可以防止靜電危害的措施

當(dāng)用金屬網(wǎng)罩把驗電器罩起來時，驗電器箔片始終閉合。這是為什么呢？？思考由于金屬網(wǎng)罩會瞬間建立起靜電平衡，靜電平衡的金屬網(wǎng)罩內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，內(nèi)部場強為零，靜電平衡對金屬形狀及密封與否無關(guān)。所以，原來發(fā)生靜電感應(yīng)的驗電器又恢復(fù)到了原來的中和狀態(tài)，不帶電。2.實質(zhì)：靜電屏蔽實質(zhì)是利用靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，即所謂屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零。四.靜電屏蔽1.定義：導(dǎo)體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達(dá)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。罩上金屬網(wǎng)罩四.靜電屏蔽靜電屏蔽的兩種情況類別導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強為零,達(dá)到靜電平衡狀態(tài),起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時,外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球,外部電場消失,起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(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)靜電屏蔽的原理是靜電平衡,只有金屬導(dǎo)體才能處于靜電平衡狀態(tài)外屏蔽內(nèi)屏蔽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(dāng)飛機遭遇雷擊時,電流可以從雷電云到達(dá)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,