9.4静电的防止与利用讲义

高中物理必修第三册
第九章 静电场及其应用
9.4 静电的防止与利用
知识点
一、静电平衡
1．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．静电感应最后状态时的导体的及孤立的带电导体都处于静电平衡状态。
2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，即感应电荷产生的电场强度与引起静电感应的外电场的电场强度的矢量和处处为0，与大小相等方向相反.表面处的场强处处和表面垂直。
3．导体上电荷的分布：
(1)导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面．
(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷．
二、尖端放电
1．空气的电离：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象．
2．尖端放电：与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．
尖端放电的应用与防止：
(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施．
(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失．
三、静电屏蔽
1．概念：静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度为0.外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫作静电屏蔽．
2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连．
四、静电吸附
1．静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象．
2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程．
3．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，向作为正极的工件运动，并沉积在工件表面．
4．静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照时，OPC是绝缘体，受光照时变成导体．
五、静电的危害与防止
1．常见的危害：静电火花可引起医院手术台麻醉剂的爆炸、静电可引起油罐车的爆炸、静电可引起矿井中的瓦斯爆炸等。
2．静电危害的防止：防止静电危害的基本方法就是把静电导走。
基础必做练习
【1】在点电荷－Q形成的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘所在平面与点电荷在同一平面内，则能正确表示圆盘上感应电荷在圆盘中A点所激发的附加场强E′的方向的是下图中的(　A　)
【2】一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图4所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则(　C　)
A．Ea最大 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec
【3】长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示．当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产
生的电场强度大小等于________，方向________．
答案　4kq/(2R+l)2，　向左
【4】一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(　B　)
A．QA＝1×10－8 C　QB＝1×10－8 C
B．QA＝2×10－8 C　QB＝0
C．QA＝0　QB＝2×10－8 C
D．QA＝4×10－8 C　QB＝－2×10－8 C
【5】如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则(　B　)
A．金属罩B的内表面带正电荷
B．金属罩B的右侧外表面带正电荷
C．验电器C的金属箔片将张开
D．金属罩B左、右两侧电荷电性相同
【6】如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极．金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头．逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象．先产生放电现象的是(　A　)
A．A金属柱
B．B金属柱
C．A、B金属柱同时
D．可能是A金属柱，也可能是B金属柱
【7】下列关于静电除尘的说法中正确的是(　B　)
A．进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动
B．除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动
C．烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动
D．烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到
【8】(多选)静电喷漆是利用静电现象制造的，其喷涂原理如图所示，则以下说法正确的是(　AC　)
A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B．涂料微粒一定带正电
C．涂料微粒一定带负电
D．涂料微粒可能带正电，也可能带负电
【9】在医疗手术中，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套，一切设备要良好接地，甚至病人身体也要良好接地，这样做是为了(　B　)
A．除菌消毒 B．消除静电 C．利用静电 D．防止漏电
【10】(多选)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 （ AB )
A. 油罐车后拖一条铁链是为了防范静电
B. 静电实验在晴天比在雨天容易做成功
C. 小鸟停在单根高压输电线上容易被电死
D. 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全
【11】如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为＋3.0×10－8 C和－2.4×10－8 C，彼此相距6 cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm 的金属球壳，求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度．(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2)
答案　5.4×105 N/C，方向由O指向A
综合提升练习
【1】(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　BCD　)
A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触
D．使验电器A靠近B