人教版高中物理必修第三冊(cè)第九章靜電場及其應(yīng)用9-4靜電的防止與利用課件

第九章靜電場及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過靜電感應(yīng)和電場疊加原理,理解靜電平衡狀態(tài)的形成過程.知道處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0,培養(yǎng)知識(shí)遷移能力.2.結(jié)合生活現(xiàn)象,知道尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象、靜電吸附現(xiàn)象及有關(guān)應(yīng)用,培養(yǎng)運(yùn)用物理知識(shí)分析實(shí)際問題的能力.3.通過對(duì)靜電復(fù)印、靜電噴漆和靜電除塵等技術(shù)應(yīng)用中的靜電現(xiàn)象進(jìn)行分析,了解靜電在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用.關(guān)注生產(chǎn)、生活中的靜電現(xiàn)象,體會(huì)物理學(xué)與生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系.4

靜電的防止與利用知識(shí)點(diǎn)一靜電平衡答案:發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象.導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)不是無休止的,當(dāng)達(dá)到靜電平衡后,電子將不再定向移動(dòng).1.如圖所示,帶電體C靠近不帶電的導(dǎo)體A、B會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?導(dǎo)體內(nèi)電荷的定向移動(dòng)是無休止的嗎?2.靜電平衡狀態(tài):導(dǎo)體中(包括表面)

不再發(fā)生定向移動(dòng).3.靜電平衡狀態(tài)的特征.(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部的電場強(qiáng)度

.(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面處的電場強(qiáng)度

,表面處的電場方向跟導(dǎo)體表面

.自由電子處處為0不為0垂直知識(shí)點(diǎn)二尖端放電1.空氣的電離:靜電平衡時(shí),電荷只分布在導(dǎo)體的外面表.在導(dǎo)體外表面,越尖銳的位置,電荷的密度

,周圍的電場強(qiáng)度越大.在一定條件下,導(dǎo)體尖端周圍的

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

.分離.這個(gè)現(xiàn)象叫作空氣的電離.2.尖端放電:空氣電離后,那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)

的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷

,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.越大強(qiáng)電場正負(fù)電荷相反中和3.尖端放電的應(yīng)用與防止.(1)應(yīng)用:_______是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.(2)防止:高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面要盡量______,這樣能減少電能的損失.避雷針光滑1.如圖所示，法拉第籠是一種用于演示靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備.籠體與大地連通，當(dāng)帶有10萬伏高壓的放電桿尖端接近籠體時(shí),出現(xiàn)放電火花,這時(shí)籠體內(nèi)的表演者用手觸摸籠壁接近放電火花是否會(huì)觸電?為什么?知識(shí)點(diǎn)三靜電屏蔽答案:不會(huì).法拉第籠外殼是金屬,能起屏蔽作用,所以表演者在籠內(nèi)是安全的.2.靜電屏蔽:把一個(gè)電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里,即使殼外有

,但由于殼內(nèi)電場強(qiáng)度保持為

,外電場對(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.3.實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽的器材:不一定要用

的金屬容器,

也能起到屏蔽作用.電場0密封金屬網(wǎng)知識(shí)點(diǎn)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(yùn)動(dòng),最后會(huì)被吸附在電極上.2.靜電吸附的應(yīng)用:

、

、

.靜電力靜電除塵靜電噴漆靜電復(fù)印小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0.(

)2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,導(dǎo)體內(nèi)部無電場.(

)3.所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場強(qiáng)度為0.(

)4.用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來,再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器,則驗(yàn)電器箔片能張開.(

)5.避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

)6.在印染廠中保持適當(dāng)?shù)臐穸?是為了防止靜電的危害.(

)√×××√√探究一靜電平衡和尖端放電問題情境

(1)金屬導(dǎo)體內(nèi)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?答案:金屬導(dǎo)體內(nèi)自由電子受外加電場的靜電力作用而做定向移動(dòng).自由電子向著與電場相反的方向定向移動(dòng).(2)自由電子會(huì)在什么地方積聚?電荷的積聚對(duì)金屬導(dǎo)體內(nèi)的電場有怎樣的影響?答案:自由電子沿靜電力方向移動(dòng),積聚在導(dǎo)體兩側(cè)平面.電荷積聚形成感應(yīng)電場,與外加電場方向相反,使導(dǎo)體內(nèi)部的電場減弱.(3)自由電子能否一直定向移動(dòng)?為什么?答案:不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向,當(dāng)這兩個(gè)電場的電場強(qiáng)度大小相同時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場強(qiáng)度為0,導(dǎo)體內(nèi)的電子不再發(fā)生定向移動(dòng).這時(shí),導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài).2.中國古建筑屋脊兩頭分別有一個(gè)仰起的龍頭,龍口吐出曲折的金屬舌頭,伸向天空,舌根連接一根細(xì)的鐵絲,直通地下.當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí),由于靜電感應(yīng),金屬舌頭出現(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.(1)為什么導(dǎo)體尖端附近的空氣容易發(fā)生電離?答案:因?yàn)閷?dǎo)體的尖端電荷密度很大,附近電場強(qiáng)度很大,附近空氣中殘留的離子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng),把空氣分子撞散,所以導(dǎo)體尖端附近的空氣更容易發(fā)生電離.(2)“尖端放電”是不是導(dǎo)體尖端的電荷跑到空氣中去了?答案:“尖端放電”并不是導(dǎo)體尖端的電荷跑到空氣中去了,而是空氣電離產(chǎn)生的與導(dǎo)體尖端電性相反的電荷奔向尖端,與尖端的電荷中和了.過程建構(gòu)1.對(duì)靜電平衡的理解.(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),但仍在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間非常短暫.(3)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0,是指外電場E0與導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E'的矢量和為0,E'=-E0.2.靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn).(1)電荷都分布在導(dǎo)體的表面,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,遠(yuǎn)同近異,如圖甲所示.(3)凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻,導(dǎo)體表面尖銳處電荷密集,平滑處電荷稀疏,凹陷處幾乎沒有電荷,如圖乙所示.甲乙3.對(duì)尖端放電的理解.(1)尖端放電的發(fā)生還與周圍環(huán)境情況有關(guān).環(huán)境溫度越高、濕度越低越容易發(fā)生尖端放電.(2)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.【典例1】如圖所示,一個(gè)方形的金屬盒原來不帶電,現(xiàn)將一個(gè)電荷量為+Q的點(diǎn)電荷放在金屬盒左邊附近,達(dá)到靜電平衡后,盒上的感應(yīng)電荷在盒子內(nèi)部產(chǎn)生的電場分布情況正確的是(

)ABCD解析:金屬盒內(nèi)部由于處于靜電平衡狀態(tài),因此內(nèi)部每點(diǎn)的合電場強(qiáng)度都為0,即金屬盒內(nèi)的每一點(diǎn),感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷+Q在那點(diǎn)產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度大小相等、方向相反,即感應(yīng)電荷的電場線與點(diǎn)電荷+Q的電場線重合,但方向相反,故選項(xiàng)C正確.

【變式】如圖所示,把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中,導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí),下列說法正確的是(

)A.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),導(dǎo)體左端帶正電,右端帶負(fù)電B.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),導(dǎo)體左端帶負(fù)電,右端帶正電C.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),A、B兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相等,且都為0D.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),A、B兩點(diǎn)電場強(qiáng)度不相等答案:C探究二靜電屏蔽和靜電吸附問題情境1.如圖所示,使帶電的金屬球C靠近驗(yàn)電器,但不接觸,箔片是否張開?為什么?答案:驗(yàn)電器箔片會(huì)張開.由于靜電感應(yīng),驗(yàn)電器的金屬箔片會(huì)帶上與金屬球C電性相同的電荷,所以驗(yàn)電器箔片會(huì)張開.2.如圖所示,用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來,再使帶電金屬球C靠近驗(yàn)電器,觀察箔片是否張開.這個(gè)現(xiàn)象說明什么?答案:有金屬網(wǎng)時(shí),驗(yàn)電器箔片不張開.金屬網(wǎng)可以起到靜電屏蔽作用.過程建構(gòu)1.靜電屏蔽的實(shí)質(zhì).靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象,金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為0,好像是金屬殼將外電場“擋”在外面,即所謂的屏蔽作用,其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存,矢量和為0.2.靜電屏蔽的兩種情況.圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場E0與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的電場E'滿足E0=-E',達(dá)到靜電平衡狀態(tài),從而起到屏蔽外電場的作用當(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)靜電屏蔽是激發(fā)電場與感應(yīng)電場疊加的結(jié)果,所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體,不能是絕緣體3.靜電吸附在生產(chǎn)技術(shù)上的應(yīng)用.(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)電極而被收集起來.(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:復(fù)印機(jī)的核心部件表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC).沒有光照時(shí)OPC是絕緣體,受到光照時(shí)變成導(dǎo)體.【典例2】某同學(xué)在學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后對(duì)電工穿的高壓作業(yè)服進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)高壓作業(yè)服是用銅絲編織的.下列四位同學(xué)的結(jié)論正確的是(

)A.甲認(rèn)為銅絲編織的衣服不易拉破,所以用銅絲編織B.乙認(rèn)為銅絲編織的衣服必須達(dá)到一定的厚度,才能對(duì)人體起到保護(hù)作用C.丙認(rèn)為電工被銅絲編織的衣服所包裹,體內(nèi)的電場強(qiáng)度不為0,但對(duì)人體無傷害D.丁認(rèn)為電工被銅絲編織的衣服所包裹,使體內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0,對(duì)人體起保護(hù)作用解析:高壓作業(yè)服的作用是在穿用后,使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個(gè)屏蔽面,從而保護(hù)人體免受高壓電場及電磁波的危害.電工體內(nèi)電場強(qiáng)度為0,所以選項(xiàng)D正確.答案:D課堂評(píng)價(jià)答案:A1.處于靜電平衡的導(dǎo)體,其內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0的原因是(

)A.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0B.外電場不能進(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)生的合電場強(qiáng)度為0D.以上解釋都不正確答案:D2.下列說法不屬于靜電現(xiàn)象應(yīng)用的是 ()A.靜電除塵可用于回收水泥粉塵B.復(fù)印機(jī)應(yīng)用靜電吸附,實(shí)現(xiàn)復(fù)印工作C.帶負(fù)電的油漆微粒沉積在作為正極的工件表面,完成噴漆工作D.印刷廠里紙張之間因摩擦帶電而吸附在一起,給印刷帶來麻煩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4.靜電在各種產(chǎn)業(yè)和日常生活中有著重要的應(yīng)用,如靜電除塵、靜電復(fù)印等,所依據(jù)的基本原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場作用下奔向并吸附到電極上.現(xiàn)有三個(gè)粒子A、B、C從P點(diǎn)向下射入由正、負(fù)電極產(chǎn)生的電場中,它們的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則(

)答案:BA.A帶負(fù)電荷,B帶正電荷,C不帶電荷B.A帶正電荷,B不帶電荷,C帶負(fù)電荷C.A帶負(fù)電荷,B不帶電荷,C帶正電荷D.A帶正電荷,B帶負(fù)電荷,C不帶電荷5.靜電除塵器是目前普遍采用的一種高效除塵器.某除塵器模型的收塵板是很長的條形金屬板,圖中直線ab為該收塵板的橫截面.工作時(shí)收塵板帶正電,其左側(cè)的電場線分布如圖所示