靜電的防止與利用 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

9.4靜電的防止與利用1．通過對(duì)靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，感受靜電平衡概念的建立過程。2．掌握歸納、演繹推理的方法，訓(xùn)練學(xué)生的推理能力，親身感受知識(shí)的建立過程。3．通過對(duì)靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征。4．經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。學(xué)習(xí)目標(biāo)3.感應(yīng)電荷的電場(chǎng)增到與外電場(chǎng)相等時(shí)，即E’=E時(shí)，自由電荷的定向移動(dòng)停止。

-+-+-+-+4.導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)E為零，導(dǎo)體內(nèi)自由電子不在定向移動(dòng),就叫靜電平衡狀態(tài)。

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一、靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)，稱為靜電平衡狀態(tài)。分布在導(dǎo)體兩側(cè)的正電荷和負(fù)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與E0方向相反的電場(chǎng)E′，導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為E合＝E0－E′，當(dāng)E′小于E0時(shí)，E合方向向右，受到庫(kù)侖力作用，負(fù)電荷繼續(xù)在導(dǎo)體左側(cè)堆積，直到E合＝0，電子不在發(fā)生定向移動(dòng)。這時(shí)我們說導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。-------＋＋＋＋E′----＋＋＋＋E＝0靜電平衡狀態(tài).A.B

導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零導(dǎo)體是等勢(shì)體,表面為等勢(shì)面導(dǎo)體表面處場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直新知講解

導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電場(chǎng)線分布，外表面處場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直。靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn)：（1）導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。（2）在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。思考、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布在哪里？二、尖端放電問題1：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部和外部的電荷分布有什么特點(diǎn)？靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。并且在導(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，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。問題2：什么叫作空氣的電離?在一定條件下，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場(chǎng)足以使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離。這個(gè)現(xiàn)象叫作空氣的電離。問題3：什么叫作尖端放電?中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。問題4：避雷針的工作原理是什么?將尖銳的金屬棒安裝在建筑物的頂端，用粗導(dǎo)線與埋在地下的金屬板連接，保持與大地的良好接觸，就成為避雷針。當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(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(dá)到避免雷擊的目的。問題5：尖端放電有什么危害?應(yīng)怎樣減小危害?尖端放電會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失，所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑。罩上金屬網(wǎng)罩

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(chǎng)強(qiáng)處處為0，不受外部電場(chǎng)的影響，內(nèi)部的儀器不會(huì)受到外電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。三、靜電屏蔽思考：接地導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外有無(wú)影響？2．接地導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間無(wú)影響的情況(1)現(xiàn)象①如圖甲所示，導(dǎo)體殼沒有接地時(shí)，處于內(nèi)部電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，殼內(nèi)外表面之間電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，殼外電場(chǎng)強(qiáng)度不為零。②導(dǎo)體殼接地后，如圖乙所示，導(dǎo)體殼外的正電荷被大地負(fù)電荷中和，正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無(wú)窮遠(yuǎn)處，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面之間及導(dǎo)體殼外部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，導(dǎo)體殼外部空間不受內(nèi)部影響。(2)本質(zhì)：仍然是靜電感應(yīng)，使導(dǎo)體殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷與殼內(nèi)電荷在導(dǎo)體殼內(nèi)表面以外空間疊加結(jié)果為零。靜電屏蔽的應(yīng)用：

超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的，可以對(duì)人體起到靜電屏蔽作用，使人安全作業(yè)。靜電除塵原理：靜電除塵器由板狀收集器A和線狀電離器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。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。3、靜電復(fù)印的工作過程：（1）充電：通過電源使有機(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。課堂評(píng)價(jià)答案:A1.處于靜電平衡的導(dǎo)體,其內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0的原因是(

)A.外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為0B.外電場(chǎng)不能進(jìn)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(chǎng)強(qiáng)度為0D.以上解釋都不正確答案:B2.下列現(xiàn)象中,不屬于防止靜電危害的是 (

)A.在很高的建筑物頂端裝上避雷針B.在高大的煙囪中安裝靜電除塵器C.油罐車后面裝一根拖在地上的鐵鏈條D.存放易燃品的倉(cāng)庫(kù)的工人穿上導(dǎo)電橡膠做的防電靴3.如圖所示,把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地,將一帶正電的小球A從小孔中放入金屬殼內(nèi),但不與B接觸,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后,則(

)答案:DA.B的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為0B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負(fù)電1．靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)學(xué)習(xí)了靜電平衡、概念，知道靜電