9.4 静电的防止与利用--高中物理人教版必修三同步课件(共49张PPT)

(共49张PPT)
第九章 静电场及其应用
静电的防止与利用
7
1
知道什么是静电平衡，能掌握静电平衡状态下导体的特点。
2
知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。
3
了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。
重点
难点
静电平衡
科技馆中这个设备是什么原理？
观看视频并交流讨论下面的问题
(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？
自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动。
如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题：
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止。
如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题：
1.定义：
导体内的自由电子不再发生定向移动的状态，我们就认为导体达到了静电平衡状态。
静电平衡
2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，即外电场E0和感应电荷产生的电场E′的关系为E0＝－E′。
E内=0
静电平衡
通过法拉第圆筒实验，了解导体上电荷的分布特点
观看视频，了解导体上电荷的分布特点
3.导体上电荷的分布：
(1)静电平衡时，导体内部没有净电荷(未被抵消的电荷)，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。
4.处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直。
静电平衡
辨析
(1)处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。(　　)
(2)静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。(　　)
(3)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。(　　)
×
√
×
导练
1.(多选)(2023·河北邢台市第二中学高二期中)长为l的导体棒原来不带电，现将一个带负电的点电荷(电荷量的绝对值为q)放在金属棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图所示。当金属棒达到静电平衡后，已知静电力常量为k，以下说法正确的是
A.棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为零
B.棒上O点处的电场强度为零
√
√
连线且指向q
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法是：
(1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。
(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向。
2.一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所带电荷量分别为
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
√
B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部没有净剩电荷，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8 C－2×10－8 C＝2×10－8 C，B正确。
处于静电平衡状态的导体，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
尖端放电
观看视频，交流与讨论雨天为什么不能站树下？
空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场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，这种现象叫作空气的电离。
空气电离
1.原理：
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
尖端放电
尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
2.应用：
飞机装有类似避雷针的放电刷
尖端放电
I
避雷针的原理
I
避雷针的原理(动画模拟）
避雷针的原理（实验模拟）
3.防止：
夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。
尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
尖端放电
辨析
(1)验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电。(　　)
(2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。(　　)
(3)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。(　　)
(4)为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑。
(　　)
×
√
√
√
导练
3.(2021·浙江6月选考)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能是
A.探测发射台周围风力的大小
B.发射与航天器联系的电磁波
C.预防雷电击中待发射的火箭
D.测量火箭发射过程的速度和加速度
√
在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，其功能是预防雷电击中发射的火箭，故选C。
静电屏蔽
观看视频并交流讨论
1.定义：导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
2.实质：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电场强度矢量和为零。
静电屏蔽
3.静电屏蔽的两种情况：
(1)导体外部的电场影响不到导体内部(外屏蔽)
导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响。
罩上金属网罩
静电屏蔽
(2)接地导体的内部电场影响不到导体外部(内屏蔽)
当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图乙所示。
静电屏蔽
4.应用：(1)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。例如：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
(2)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，以此来保护高压输电线不受雷击。
静电屏蔽
辨析
(1)电工穿上用导电金属材料与纺织纤维混纺制成的屏蔽服后，高压线在体内的电场强度为零。(　　)
(2)打雷时，人呆在汽车里要比呆在木屋里安全。(　　)
(3)有线电视信号线外面有一层金属丝，是为了静电屏蔽，使信号不受干扰。(　　)
(4)静电屏蔽一定要用密封的金属容器，金属网不能起到屏蔽作用。(　　)
×
√
×
√
导练
4.(2022·河北邢台市第二中学高二月考)下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是


A.甲图中验电器的金属箔张开
B.乙图中验电器的金属箔不会张开
C.丙图中验电器的金属箔不会张开
D.甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开
√
题图甲中金属网达到静电平衡，内部电场强度为零，金属箔不会张开，金属网屏蔽了外电场，故A、D错误；
题图乙中金属网未接地，网内的带电体在金属网内侧感应出负电荷，金属网外侧产生等量的正电荷，正电荷在金属网外侧有电场，对外界产生影响，所以金属箔会张开，故B错误；
题图丙中金属网已接地，网外的感应电荷传给地球，外部电场消失，金属箔不会张开，故C正确。
静电屏蔽的两种情况
总结提升
屏蔽外电场 外屏蔽 屏蔽内电场
全屏蔽或内屏蔽
图示
实现过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体
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。
带正电圆筒A
带负电电极B
+
+
-
-
静电吸附
实验观察静电吸附
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，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面。
静电喷涂机
静电喷漆
4.静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。
静电复印
导练
5.(多选)静电喷漆是利用静电吸附现象制造的，其喷涂原理如图所示，则以下说法正确的是
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
√
√
工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，是由于喷枪喷嘴与被涂工件之间形成了强电场，由正电荷对涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒带负电，故A、C正确。
静电的防止与利用
静电平衡
尖端放电
静电屏蔽
电离
特点
原理与应用
防止与利用
原理与应用
原理
静电吸附