人教版选修3 第一张静电场1.7静电的应用及危害（41张ppt）

(共41张PPT)
§1.7 静电的应用及危害
静电：
所谓静电，就是一种处于静止状态的电荷或者说不流动的电荷（流动的电荷就形成了电流）.
第一章 静电场
　 两位英国科学家08年在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。
鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。
静电屏蔽
1、静电感应
把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。
E0
A
B
C
D
-
-
-
-
-
-
-
-
2.静电平衡
-
-
-
-
-
-
-
-
-
E'
E'
E'
1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动.
2.导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场.
E0
-
-
-
E'
-
-
-
-
3.感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止 .
-
-
-
-
-
-
-
E=0
4.静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态.
E0
E0
一、静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E 和原电场E在导体内叠加为零，即E =E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
E
＋
－
－
－
－
＋
＋
＋
E`
E
－
－
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
－
E合=0
＋
－
－
＋
3、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零
（2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
E
（3）导体处于静电平衡状态时，导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。
4、对于一孤立的带电导体，内部场强为零的本质是：
导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。
拓展：地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以选大地做零电势体的一个原因。
例1：如图所示接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电量为Q，到球心的距离为r，该点电荷的电场在球心的场强等于多少？
Q
R
r
A
E、E 和E合的区别：
E是点电荷Q产生的电场（即外电场）
E 是感应电荷产生的电场（附加场）
E合是两个电场叠加后的合电场。
E由外电场决定，E =E，E合=0
o
注意：
（1）用导线把导体接地或用手触摸导体时，可把导体和地球看成一个大导体
（2）一般取无穷远处或大地的电势为零。
练习1：带电量分别为+Q和-Q的两个点电荷相距为r，在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小为多大？方向怎样？
+Q
-Q
O
·
方向水平向左
法拉第圆筒实验
二、导体上电荷的分布
1、法拉第圆筒实验:
1
2
a.用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁.
1
2
b.和外壁接触的小球使验电器箔片张开,表明金属筒外壁有电荷分布.
1、法拉第圆筒实验:
1
2
c.和内壁接触的小球不能使验电器箔片张开,表明金属筒内壁没有电荷分布.
1、法拉第圆筒实验:
2、导体上电荷的分布
现象:
验电球P分别从A到B到C接触带电导体，再与验电器接触，看到验电器的箔片张角逐渐增大。
2、静电平衡时导体上电荷的分布的特点
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷平坦的位置几乎没有电荷
三、尖端放电
导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫尖端放电。
尖端放电（Flash）
在导体尖端附近放一根点燃的蜡烛。当我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏移。
尖端放电
导体尖端电荷密度大
尖端周围电场强
空气中残留带电粒子剧烈运动
空气电离
正负电荷奔向异种电荷
尖端失去电荷
尖端放电
应用:
避雷针
避雷针
云层与云层或云层与地面之间发生剧烈的放电时，能产生耀眼的闪光和巨响，这就是闪电和雷鸣。
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
它是一个或几个尖锐的金属棒,安装在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地的良好接触.
避雷针和闪电（Flash）
雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则．
一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中，所以人长得高还是一件非常痛苦的事情．
二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤害．所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，如若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害．
第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶．
第四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击．
总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会．
1.雷电防护：
2.雷电对人类生活也会产生益处：
一是闪电产生天然氮肥
二是闪电会产生臭氧留在大气层中，保护地球生物免遭紫外线的伤害
+
思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢
+
现象表明：金属网罩也能起到静电屏蔽作用.
举例:通讯电缆外包金属层,电学仪器外套金属罩.
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗
不会 因为导体壳内部合场强为零
四、静电屏蔽：
把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，外电场对壳内的仪器也不会产生影响。
处于静电平衡状态的导体，内部区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽，金属壳起到了静电屏蔽的作用。
【注：封闭的金属网罩内同样满足】
静电屏蔽
高压电击小鸟
高压电击小孩
电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等
静电屏蔽
静电屏蔽
思考:
电力工作人员有时需要带电作业，怎样才能保证他们的生命安全？
全身穿戴包含金属丝网制成的工作服，帽，鞋，手套等
　 两位英国科学家08年在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。
鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。
静电屏蔽
五、静电的应用与防止：
1、静电的应用：
（1）静电除尘：①静电除法装置 ②工作原理
（2）静电喷涂：
（3）静电复印：
激光打印机
2、常见的静电危害：
（1）雷雨云的雷鸣闪电
（2）在存放易燃易爆品或产生粉尘、油雾较多的生产场所，静电火花极易引起燃烧爆炸
（3）静电放电可能引起电子设备的故障，造成电磁干扰
（4）静电放电极易击穿集成电路和精密的电子元件，或使元件老化，降低生产成品率
···
3、静电危害的防止
（1）要尽快导走多余电荷，避免静电积累
（2）调节空气的湿度
（3）在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风、消除静电火花的引爆条件
···
1.如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（ ）
A、B端的感应电荷越来越多
B、导体内部场强越来越大
C、导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的的场强
D、导体的感应电荷在M、N两点产生的的场强相等
M
B
A
N
P
2．在一个导体球壳内放一个电量为＋Q的点电荷，用E表示球壳外任一点的场强，则( )
A．当＋Q在球壳中央时，E＝0
B．不论＋Q在球壳内何处，E一定为零
C．只有当＋Q在球心且球壳接地时，E＝0
D．只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处，E一定为零
D
3．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况 ( )
B
4.当导体达到静电平衡状态时，其场强的特征是：( )
A.外电场E0消失。
B.感应电荷产生的电场E'为零。
C.导体内部合场强E内 = E0 + E'=0。
D.导体表面和内部场强均为零。
C
5．有一绝缘空心金属球A，带有4×10－6C的正电荷，一个有绝缘柄的金属小球B，带有2×10－6C的负电荷，若把B球跟A球的内壁相接触，如图所示，则B球上电量为＿＿＿＿C，A球上电荷量为＿＿＿＿C，分布在＿＿＿＿。
0
2X10-6
外表面