9.4静电的防止与利用 课件（31张PPT）

(共31张PPT)
第九章　静电场及其应用
9.4
静电的防止与利用
目录
知识讲解
小结
练习
上节回溯
1．电场：电荷周围客观存在的一种特殊物质，对放入其中的电荷有力的作用
2．静电场：静止电荷产生的电场
3．电场强度：
（1）放入电场中某一点的试探电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值，叫作该点的电场强度；
（2）公式：E＝
；
单位：牛每库，符号
N/C
；
（3）矢量，某点电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力方向相同
4．点电荷的电场：大小
E＝
，只适用于真空中的点电荷
上节回溯
5．场源是多个点电荷时，电场中某一点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和
6．电场线：是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向
电场线的特点：
（1）不闭合，电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或是负电荷
（2）不相交，在同一个电场中两条电场线不相交
7．匀强电场是电场中各点电场强度大小、方向都相同的电场。电场线是均匀分布的平行直线
上节回溯
一、静电平衡
问题引入
　　自然界中到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。
　　在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
一、静电平衡
静电场中的导体
　　将一个不带电的金属导体放置于电场强度为
E0
的电场中。金属导体内含有大量自由电子，由于静电感应，这些自由电子向着与
E0
相反的方向运动，所以在下图的导体左侧出现负电荷，右侧出现正电荷。
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＋
一、静电平衡
静电场中的导体
　　分布在导体两侧的正电荷和负电荷在导体内部产生一个与
E0
方向相反的电场
E′，导体内部的合场强为E合＝E0－E′，当
E′
小于E0时，E合
方向向右，受到库仑力作用，负电荷继续在导体左侧堆积，直到
E合＝0，电子不在发生定向移动。这时我们说导体达到静电平衡状态。
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＋
＋
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＋
E′
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＋
＋
＋
E＝0
一、静电平衡
静电平衡
　　导体内部（包括表面）的自由电子不在发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。
　　处于静电平衡的导体，内部的电场强度处处为零，此时，外电场和感应电荷在导体内部产生的电场大小相等、方向相反。
一、静电平衡
静电平衡
例
　当导体达到静电平衡时，下列说法正确的是
（
）
外部电场消失
感应电荷产生的附加电场的场强为零
导体内部合场强为零
导体的电荷量为零
C
二、尖端放电
电离
　　静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的表面。
　　导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
　　一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这种现象就叫作空气的电离。
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二、尖端放电
尖端放电
　　导体尖端的强电场使附近的空气电离后，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
尖端的强电场
周围空气电离
尖端电荷中和
尖端释放电荷
等效于
二、尖端放电
应用
　　避雷针是利用尖端放电现象的一种设施。
　　将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接。当雷云接近建筑物时，由于静电感应，尖端会产生与雷云相反的电荷。通过尖端放电，不断向大气释放电荷，中和空气中的电荷，达到避免建筑物遭到雷击的目的。
　　尖端放电也会造成高压设备的电能损失，因此高压设备中的导体表面应尽量光滑。
二、尖端放电
例　在高大的建筑物上安装避雷针的目的是
（
）
通过尖端放电中和云层中的电荷
避免放电现象的发生
直接导走云层中的电荷
增加电荷在建筑物上的积累
A
三、静电屏蔽
思考
　　如果把一小鸟放在金属网制成的铁笼中，然后再把铁笼放置在高压电场里，小鸟会有事吗？如果换成人呢？
三、静电屏蔽
演示
　　使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。
　　用金属网把验电器罩起来，再使带电的金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。这个现象说明了什么
三、静电屏蔽
静电屏蔽
　　导体壳（或金属网罩）内达到静电平衡后，内部不受外部电场的影响，这种现象叫作静电屏蔽。
　　实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的场强矢量和为零。生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。
三、静电屏蔽
应用
　　电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。
　　静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此达到静电平衡的目的，来保护高压输电线不受雷击。
三、静电屏蔽
应用
　　回顾开始时的问题：在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
　　为了避免人体携带电荷，在接触金属加油枪时放电，放电产生静电火花，可能会引燃汽油，造成危险。
　　静电的危害随时可能发生，因此，静电的危害必须引起人们的警惕，时刻防止静电的危害。
三、静电屏蔽
科学漫步
雷火炼殿
　　分析，雷火炼殿奇观产生的原因，为什么加装避雷针后雷火炼殿的奇观就消失了？
三、静电屏蔽
例　飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击。但是当飞机遭遇雷击时，电流可以从雷电云达到飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身，但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？
答：飞机外壳是金属材料的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的乘客。
四、静电吸附
静电吸附
　　静电虽然有危害，但是也可以利用。
　　静电除尘：就是使空气中的尘埃带电，在静电力的作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。
三、静电屏蔽
静电吸附
　　静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极工件运动，并沉积在工件表面，完成喷漆工作。
　　静电复印：复印机也应用了静电吸附，复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体（OPC）。没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时，变成导体。复印机复印工作过程如下图。
1．静电平衡：
（1）导体内部（包括表面）的自由电子不在发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。
（2）处于静电平衡的导体，内部的电场强度处处为零，此时，外电场和感应电荷在导体内部产生的电场大小相等、方向相反。
（3）静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的表面；导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
2．电离：静电平衡的导体尖端电场很强，促使空气中带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞，从而使空气分子中的正负电荷分离，这种现象叫作电离。
小结
3．尖端放电：空气被电离后，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
4．静电屏蔽：
（1）现象：导体壳（或金属网罩）内达到静电平衡后，内部不受外部电场的影响，这种现象叫作静电屏蔽。
（2）原理：是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的场强矢量和为零。
小结
5．静电吸附：
（1）原理：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上。
（2）应用：静电除尘，静电喷漆，静电复印……
小结
1．长为
l
的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷
q
放在中心轴线上距离棒的左端
R
处，如下图所示。当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点
O
处产生的电场强度大小和方向如何？
练习
+
R
l
O
答：静电平衡，金属导体内部场强为零，所以感应电荷在
O
点场强与电荷在
O点的场强大小相等，方向相反。q在O点的场强为E＝
，方向向右。所以感应电荷产生的电场强度，E′＝
，方向向左。
2．在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高压，通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电极是钉尖形的。这是为什么？与此相反的，验电器的金属杆上端却固定一个金属球，而不是做成针尖状的，这又是为什么？
练习
答：点火器的放电电极做成钉尖形是为了利用尖端放电现象，使在电压不高的情况下也容易点火。验电器的金属杆上端固定一个金属球是为了防止出现尖端放电现象，使验电器的电压较高时也不会放电（漏电）。
3．下列说法中错误的是
（
）
在装载作业中，靠近传送带的工人容易受到电击，其原因是靠近传送带的物体由于与传送带之间的相互摩擦，会带上电
电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，这是因为铜丝编织的作业服可使人体内电场强度保持为零，对人体起到保护作用
遇到电闪雷鸣时，应当站在避雷针旁边
避雷针应用了尖端放电的原理
练习
C
4．当我们使用有线话筒扩音时，有些由于周围环境的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大，影响扩音的效果。因此很多优质的话筒线在构造上都采取了防备措施。观察下图，你知道它采用了什么方法防止干扰信号从话筒线上侵入吗？
练习
答：给话筒线上套上金属外衣，可以起到静电屏蔽的效果，防止干扰信号从话筒线上入侵。
5．导体球壳B带有正电荷
Q，其中心处放有导体球
A，用细金属丝通过
B
上的小孔与地相连（金属丝不与球壳
B
接触），如图所示。则导体球
A（
）
不带电
带正电
带负电
可能带正电，也可能带负电
练习
C
+
+
+
+
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+
+
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+
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+
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+
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+
+
+
A
B
谢谢