高中物理 人教版 必修第三册 9.4静电的防止与利用 课件(共54张PPT)

(共54张PPT)
教
学
课
件
9.4 静电的防止
与利用
复习回顾：
1、电场强度的叠加原理
2、电场线是客观存在的对吗？
3、电场线的特点？
4、几种特殊的电场线分布是怎样的？
5、什么是匀强电场？
6、匀强电场的特点？
7、电场线和运动轨迹的比较？
静电平衡
尖端放电
静电屏蔽
静电的应用
01
02
03
04
目录
CONTENTS
自然界到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。静电有其有利的一面，也有有害的一面。为做好静电的防止和利用，我们需要先学习静电平衡。
静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。
那么，若把金属导
体放入电场中，又
将会出现什么现象
呢？
E0
E0
现将一金属导体
放入电场中
已知空间内分布一电场
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，感应电荷在导体中产生反方向的附加场.





—
—
—
—
—
—
—
—
—





—
—

-
+
-
+
-
+
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 。
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.






-
+
-
+
-
+
-
+






-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
静电平衡
PART 1
一、静电平衡
1.静电感应现象：
把不带电的金属导体放入电场中,导体内部的自由电子定向移动,而使导体两端出现等量异号电荷的现象。
2.静电平衡状态：
发生静电感应的导体内(包括表面)的自由电子不再发生定向移动,我们就认为导体达到了静电平衡状态，简称静电平衡。
3.静电平衡状态下导体的特点：
（1）处于静电平衡状态的导体,内部的（合）场强处处为零。此时,外电场和感应电荷在导体内部产生的电场的场强大小相等,方向相反。
（2）但导体表面的电场强度不为零。
（3）导体内部无电场线分布，外部电场线与导体表面垂直。
探究：静电平衡时导体上电荷的分布的特点
法拉第圆筒实验
（4）处于静电平衡的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。
(5)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。
例1.(多选题)(2023黑龙江鸡西四中月考)对于电场中处于静电平衡状态的导体,下列说法正确的是　(　　)
A.导体内部的场强处处为零
B.导体内部没有净剩电荷,电荷只分布在导体的外表面
C.导体内部场强是外电场与感应电荷电场叠加后的合场强,其大小为零
D.处于静电平衡的导体内部的自由电子不再运动
ABC
例2.(2024江苏海安期中)一金属球原来不带电,现在球直径的延长线上放置一均匀带电的细杆MN,如图所示,金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,三者相比,则(　　)
A.Ea最大　　B.Eb最大
C.Ec最大　　D.Ea=Eb=Ec
C
例3.(2024广东深圳期中)如图所示,不带电的金属棒AB长
为L,O为AB的中点,在距离A点为R的C点处放一带电荷量
为Q的正点电荷,C与AB在一条直线上,如图所示。下列说
法正确的是(　　)
A.金属棒上A端感应出正电荷
B.金属棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为零
C.金属棒上感应电荷在O点产生的电场强度大小为k
D.若将A端接地,金属棒将带上正电荷
C
例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
处于静电平衡的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。而且越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，当电荷的密度达到一定程度时，就会出现一种现象——尖端放电
尖端放电的应用
——燃气灶的点火器
尖端放电
PART 2
▲导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动
▲带电粒子与空气分子碰撞使空气分子中的正负电荷分离
尖端放电的原理
二、尖端放电
1、空气的电离：强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做。
▲新产生的带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使空气进一步电离。
▲电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动
导体尖端的电荷密度很大，因此，使空气分子电离的现象更容易发生在导体的尖端。
尖端放电的原理
二、尖端放电
1、空气的电离：强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做。
2、尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电
离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，这相
当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
二、尖端放电
尖端周围电场很强
空气电离
尖端上电荷被中和
尖端释放电荷
等效
尖端放电的应用——避雷针
3、应用：
（1）避雷针
（2）燃气灶点火器
（3）汽车发动机的火花塞
（4）电火花打点计时器
4、防止:高压设备中导体的表面尽量做得光滑,避免尖端放电。
例5.(多选)下列应用与防护属于尖端放电现象的是(　　)
A.一般高压设备中导体的表面尽量光滑
B.一般马路表面建造的很平滑
C.夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D.一般高楼大厦顶部装有避雷针
CD
6.(教材深研拓展)湖北武当山的主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿,全部为铜铸鎏金。雷雨交加时,金殿的屋顶常会出现盆大的火球,来回滚动。雨过天晴时,大殿金光灿灿,像被重新炼洗过一般,这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。已知电场强度超过3×106 N/C时,空气将被击穿发生放电。关于“雷火炼殿”,下列说法错误的是(　　)
A.带电乌云移到金殿上空时,金殿上表面会感应出与乌云电性相反的
电荷
B.雷雨天气时,游客躲在殿内可以降低被雷电击中的可能性
C.雷雨天气时,金殿屋顶上曲率半径越大的地方,空气越容易被击穿
D.近年来金殿安装了避雷针,“雷火炼殿”的奇观消失了
C
处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场中的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？
思考
如果在静电场中放入一个空腔导体 W，电荷分布有什么特点呢？
C
W
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
静电平衡时，内表面没有电荷，导体壳W内场强为0，既电场线只能在空腔C之外，不会进入空腔内。所以导体壳内电场强度处处为0
导体屏蔽了外部电场
内部不会受外部电场影响
静电屏蔽
PART 3
三、静电屏蔽
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。
下面实验中, 验电器的金属箔片能张开吗？为什么？
不会
金属网屏蔽了+Q产生的电场
不会出现感应起电
下面实验中, 验电器的金属箔片能张开吗？为什么？
会
金属网内层感应带负电
金属网外层感应带正电
验电器会收到金属网外部电场的影响而张开
下面实验中, 验电器的金属箔片能张开吗？为什么？
不会
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
3.静电屏蔽有两种情况:
(1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响，如图所示。
因场源电荷产生的电场强度与导体球壳表面的感应电荷在空腔内的电场强度矢量和为零，表现为导体内空腔不受外部电场的影响，起到了屏蔽外部电场的作用。
(2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间，如图所示。
当空腔导体接地时，地球与导体形成同一个导体，空腔内壁是场源电荷的近端，感应异种电荷，地球是远端，感应同种电荷，空腔导体的外表面没有感应电荷，可理解为内部电场对空腔外不产生影响，对内部的电场起到了屏蔽作用。
4、静电屏蔽的应用
(1).电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
(2).三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。
（3）.电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面所包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰.
例7.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属球壳C内(不和球壳内壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，则( )
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
拓展提高
例8.下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有（ ）
AD
静电的危害可能随时发生。例如，医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸，因此静电的危害必须引起人们的警惕。那静电能造福我们吗？
思考
静电的应用
PART 4
静电除尘
▲B附近的空气中气体分子被电离
小油滴
小油滴
小油滴
▲电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电
带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。
+
+
-
-
+
-
-
+
小油滴
小油滴
+
+
+
+
-
-
-
-
小油滴
小油滴
-
-
-
-
静电喷漆
接负高压的涂料雾化器
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
工件
▲接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，这就是静电喷漆。
静电复印
▲利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。
例9.(教材习题改编)生活和生产中处处存在静电现象,有些是静电的应用,有些是要防止静电。下列关于静电防止与应用的说法正确的是(　　)
A.印刷厂应保持空气干燥,避免静电积累带来的危害
B.静电复印机的工作过程实际上和静电无关
C.在地毯中夹杂0.05~0.07 mm的不锈钢丝导电纤维,是防止静电危害
D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类同避雷针,是防止静电危害
C
谢
谢
聆
听