物理人教版（2019）必修第三册9.4静电的防止与利用（共34张ppt）

(共34张PPT)
9.4 静电的防止与利用
第九章静电场及其应用
在50 kV的电压下，铁笼里的学生安然无恙。如果没有铁笼，会产生什么后果？
金属导体的微观结构
电子
原子核
金属导体内部的外层电子与带正电的原子核间的相互作用比较弱，故容易脱离且在金属内部游离，称为自由电子，金属导体的整体就是由大量的在平衡位置附近做无规则热振动的正离子和无规则热振动的自由电子组成。
那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？
金属的微观结构
一.
如图所示，不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，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号电荷．请思考下列问题：
(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动方向如何？
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
当内部合场强为零时，即E’=E0时，电荷不再发生定向移动。
1．静电平衡状态
导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．
2．处于静电平衡状态下的导体特点：
(1)内部的电场处处为0.
(2)导体中没有自由电荷定向移动
(3)导体外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直
若不垂直会出现何现象
若不为零,会出现何现象
二、静电平衡
(4)导体内无净电荷，电荷分布在导体的外表面
例1 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 ，方向为 ．
练习1 在点电荷－Q的电场中，一金属球处于静电平衡状态，A为球内一点，B为球外表面附近一点，则球上感应电荷在A点和B点所激发的附加场强EA′和EB′的方向在下列几个选项对应的图中最有可能的是(　　)
C
结论：静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的“外”表面。
三、静电平衡状态下导体上电荷的分布
1.法拉第圆筒实验
三、静电平衡状态下导体上电荷的分布
2.在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（即单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大，而凹陷的位置几乎没有电荷。
例3 如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是(　　)
A．只有球壳外表面带正电
B．球壳的内表面带负电，外表面带正电
C．球壳的内、外表面都带正电
D．球壳的内表面带正电，外表面带负电
A
四、尖端放电
四、尖端放电
1、电离
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
2、尖端放电
那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。
3、应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
尖端放电的应用：避雷针
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
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。
针尖形状
尖端放电的应用：避雷针
尖端放电的应用：避雷针
3．尖端放电的应用：避雷针、打火装置等
燃气灶点火装置
尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，伴随嘶嘶声，这种现象俗称电晕，这是一种微弱的放电现象。
3．尖端放电的应用：避雷针、打火装置等
防止：一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑，
减少电能的损失
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，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害．
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．
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．
如何避免遭受雷击？
五、静电屏蔽现象
处于静电平衡状态下的导体，电荷只分布在外表面，内部的场强处处为零。
将此导体挖成中空
中空部分的场强也处处为零，放在中空部分的物体不受电场的影响。
五、静电屏蔽现象
1．静电屏蔽
（1）空腔导体的特点
　 空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，
空腔内不受外电场的影响。
（2）静电屏蔽
　 导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
五、静电屏蔽现象
2． 静电屏蔽的实质
静电感应，使导体达到静电平衡时，E内=0
3． 静电屏蔽的两种情况
(1)屏蔽外电场：导体外部的电场影响不到导体内部
①现象：由于静电感应，验电器箔片张开。将验电器放入导体网罩内部后验电器
箔片不张开，即外部电场影响不到导体内部。
②本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的
叠加结果为零。
静电屏蔽的另一种形式
金属罩接地后，地上的自由电子，沿导线向上移动，把金属罩外部的正电荷中和，结果，小球的电场被控制在金属罩的内部，外部不再受影响。
静电屏蔽现象
五、
①导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。
②导体壳接地后，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。
本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳
表面以外空间叠加结果为零。
(2)屏蔽腔内电场：接地导体的内部电场影响不到导体外部
②电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。
4．应用：
①精密电学仪器或电子设备外面套有金属罩
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。
三条输电线上方还有两根导线与大地相连，形成一个稀疏金属“网”，将高压线屏蔽起来。
例4.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的固定的金属空心球壳C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，如图所示，于是有( )
A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向
B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向
C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变
D．A和B的位置都不变
B
1、引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。
2、击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。
3、高压静电放电造成电击，危及人身安全。
4、在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。
5、吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。
等等
六、静电的危害
1、预防产生静电：
例如：不穿化纤衣物
抗静电添加剂
2、导走静电：
例如：接地———比如油罐车
提高空气湿度
触摸静电释放按钮
例如：穿静电防护服
用金属袋装起来或金属网罩起来
七、静电的防止
3、隔离：
尽快把静电导走，避免越积越多。
八、静电的应用——静电吸附
1、静电除尘：
2、静电喷漆：
气体电离
→粉尘电荷
→移向电极
→粉尘搜集
原理：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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作
●应用：
让带电微粒在电场力作用下，奔向并吸附在电极上。
八、静电的应用——静电吸附
3、静电复印：
例5 （多选）静电学知识在生活中有着广泛的应用，下列应用说法正确的是(　　)
A．高压输电线上方有两根导线与大地相连可免遭雷击
B．小鸟停在单根高压输电线上会被电死
C．燃气灶的电子点火器的放电电极做成钉尖形比球形好
D．打雷时，待在汽车里比待在木屋里要安全
ACD 解析　高压输电线上方有两根导线与大地相连，把高压线屏蔽起来，可免遭雷击，A正确；小鸟的两只脚之间的距离很小，所以小鸟的两只脚之间的电压很小，不会对小鸟造成伤害，B错误；燃气灶的电子点火器运用了尖端放电的原理，属于尖端放电现象，C正确；一辆金属车身的汽车是一个比较好的“避雷所”，D正确。
1、处于静电平衡状态的导体的特点：
3、尖端放电：
内部场强处处为零，电荷不再发生定向移动。
（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，电荷越多。
2、处于静电平衡导体上的电荷分布：
4、静电屏蔽：
5、静电的危害、防止、应用
由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，相当于遮挡了外界电场对它内部的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
课堂小结