鲁科版高中物理必修第三册第1章静电力与电场强度第5节静电的利用与防护课件（47页ppt）

(共47张PPT)
第1章　静电力与电场强度
第5节　静电的利用与防护
核心素养：1.知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体中电场的性 质. 2.知道静电平衡状态下导体上电荷的分布规律. 3.通过对处于静电平衡状态的导 体中电场的性质分析认识静电屏蔽. 4.通过对静电的了解，进一步认识其有利与危害 之处.
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研习任务一　静电的利用与防护
合作　讨论
为避免雷击，现代高层建筑的顶端都安装上避雷针，避雷针用粗导线与埋在地下 的金属板连接，如图甲所示.图乙是古建筑的一角，上面有各种造型的动物.
甲　　　　　　　　　　乙
　　你知道古建筑是如何安全引电避雷的吗？
提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针以动物头上的角须 形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果.
效率
高　
带电　
静电　
种子　
水　
[思考]　在电脑上搜索出的材料，通过激光打印机（如图）瞬间打印出来，大大方便 了我们的生活，激光打印机是利用了静电.那么生产、生活中还有哪些利用静电的实 例呢？
　　提示：静电除尘、静电喷漆、静电喷药、静电育种等.
2. 静电的防护
（1）尖端放电： 是利用尖端放电避免雷击的一种设施.
（2）防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的 ，传送带上镀 银，油罐车车尾有导电拖地带等.
避雷针　
湿度　
AC
A. N接电源的正极
B. M接电源的正极
C. 电场强度EB＞EA
D. 电场强度EB＜EA
[解析]　电子附在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带 正电荷，所以N接电源正极；其内部电场线分布情况如图所示，由图可知金属棒附近 的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处电场强度比A处电 场强度大，即EB＞EA，故A、C正确，B、D错误。
名师点评
　　静电现象是客观存在的，利用静电现象可以为生活和生产服务，如静电除尘，静 电复印等，当然静电现象也能带来一些危害，如产生电火花，发生火灾或爆炸，静电 现象对精密设备也会产生不利影响，此时我们应当消除或减小静电带来的不利影响.
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. 涂料微粒可以带正电，也可以带负电
AC
解析：静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而 达到喷漆的目的，故A正确；由题图知，待喷漆工件带正电，所以涂料微粒应带负 电，故C正确，B、D错误.
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研习任务二　静电平衡
合作　讨论
如图所示，把一个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，从而使导体两端出现等量异种电荷.请思考下列问题：
（1）自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？
提示：（1）自由电子受到外加电场的电场力，沿外加电场的反方 向移动.
（2）自由电子能否一直定向移动？为什么？
提示：（2）不能，当导体两端感应电荷产生的电场与外加电场的 合场强为零时，自由电子定向移动将停止.
教材　认知
静电平衡：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体 内各点合场强 .
[思考]　飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击.但是当飞机 遭遇雷击时，电流可以从雷电云到达飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空 打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身.但不管怎样，闪电都只会沿 着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？
等于0　
　　提示：飞机外壳是金属材料制成的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的 乘客.
核心　归纳
1. 对静电平衡的三点理解
（1）处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零的本质是外电场E0和感应电荷产生 的电场E'的合电场强度为0，即E0＝－E'.
（2）孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部电场强度为0的本质是分布在导体外表 面的电荷在导体内部的合电场强度为0.
（3）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.
2. 处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
（1）净电荷只分布在导体外表面，内部没有净电荷.
（2）感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示.
（3）净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如 图乙所示.
甲 乙
A. 棒上感应电荷只分布在其表面
B. 棒内各点电场强度均为0
C. 点电荷在O点产生的电场强度为0
C
名师点评
　　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.
A
B
C
D
A
解析：导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为0，感应电荷在导体内部某处 产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、 C、D错误.
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研习任务三　静电屏蔽
合作　讨论
超高压带电作业的工人穿戴的工作服（如图所示），为什么要用包含金属丝的织 物制成？
　　提示：超高压带电作业的工人穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成，可通过静 电屏蔽保证工人带电作业时的安全.
教材　认知
静电屏蔽：处于 状态的导体，内部电场强度处处为 ，电荷只分布 在导体的 ，内部不受外部电场的影响.
核心　归纳
1. 静电屏蔽的实质：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象.使金属壳内感应电荷的 电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作 用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.
静电平衡　
零　
外表面　
项目 屏蔽外电场 屏蔽内电场
图示
实现过程 场源电荷在空腔内产生的电场与 导体球壳表面上感应电荷在空腔 内产生的电场的合场强为零，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 荷因接地将会传给地球，外部电场消 失，起到屏蔽内电场的作用
最终结论 空腔内导体不受外界电场影响 接地导体空腔外部不受内部电场影响
本质 静电感应与静电平衡
2. 静电屏蔽的两种情况
B
A. 小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向
B. 小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向
C. 小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变
D. 小球A和B的位置都不变
[解析]　对A受力分析：由于静电屏蔽，B球对球壳里面没有影响，A球受力情况不 变，A球位置不变，A、C错；对B受力分析：球壳C不接地，A球对外界有影响，B球 受到球壳的引力，B球向右偏离，B对，D错.
名师点评
静电屏蔽的特点
（1）封闭导体壳内部电场不受壳外电场影响，封闭导体壳不论接地与否，内部电场 都不受壳外电场影响.
（2）接地封闭导体壳外部电场不受壳内电场的影响.
D
A. 笼体上感应电荷在笼体内激发的电场的电场强度处处为零
B. 放电杆在笼体内激发的电场的电场强度处处为零
C. 笼体表面及其内部任意位置的电场强度均为零
D. 只有笼体的外表面带电，笼体内表面不带电
解析：达到静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，即感应电荷的电场与放电 杆上电荷的电场的合电场强度为零，但放电杆在笼体内激发的电场的电场强度不为 零，笼体上感应电荷在笼体内激发的电场的电场强度也不为零，选项A、B错误；笼 体内部任意位置的电场强度为零，但笼体外表面的电场强度不为零，选项C错误；处 于静电平衡状态时，只有笼体的外表面带电，笼体内表面不带电，选项D正确.
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课后提素养
A. 导体内部无任何电场
B. 外电场不能进入导体内部
C. 所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零
D. 外电场和所有感应电荷产生的电场在导体内部叠加的结果
解析：导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，D正确.
D
A　　　　B　 　　　C　　　　D　
解析：球壳处于正电荷的电场中，达到静电平衡，内表面感应出负电荷，外表面感应 出正电荷，球壳内部场强为零，电场线不会穿过球壳，D正确.
D
A. 一定增强
B. 不变
C. 一定减弱
D. 可能增强，也可能减弱
解析：孤立的带电金属球处于静电平衡，则内部电场强度为零，当它带的电荷量增 加，再次达到静电平衡，其内部电场强度仍为零，故B正确.
B
避雷针模拟实验
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
解析：导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象，故选A.
A
B
静电除尘原理
A. 收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电
B. 收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电
C. 收集器A和电离器B之间形成的是匀强电场
D. 静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程
解析：收集器A接高压电正极，电离器B接高压负极，尘埃经过电离器带上了负电， 被带正电的A板吸引，故A错误，B正确；收集器A和电离器B不是正对的平行板，故 收集器A和电离器B之间形成的不是匀强电场，故C错误；静电除尘过程是电场力做正 功，电势能减少，机械能增加，是电场能向机械能转化的过程，故D错误.故选B.
静电除尘原理
A. 验电器的箔片张开
B. 金属网罩内部空间为向右的匀强电场
C. 金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向水平向左
D. 金属网罩内外表面都存在感应电荷
C
解析：在金属内部由于电子可以自由移动，所以当加上水平向右的、电场强度大小为 E的匀强电场时，金属网罩会产生一个与外加电场相反的电场，来抵消外加电场在金 属网罩内部的电场，以保证平衡，从而金属网罩上的电荷重新分布，这就是“静电屏 蔽”的原理.达到静电平衡后金属网罩中的场强为零，故验电器的箔片不张开，A、B 错误；由以上分析可知，金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向 水平向左，C正确；由于静电感应，金属网罩外表面存在感应电荷，内表面不存在感 应电荷，D错误.
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课时作业
A. 导体内部没有电场
B. 导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面
C. 导体内部没有电荷的运动
D. 以上说法均不正确
解析：导体处于静电平衡，导体内部不是没有电场，而是外电场与感应电荷产生的电 场的合场强为零，但两场强仍然存在，A错误；不能说没有电荷，净电荷只分布在外 表面上，自由电子和正电荷仍存在，只是显中性，B错误；导体内部的电荷（电子与 正电荷）的热运动仍然存在，C错误；综上可知，D正确.
D
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3
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5
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A. 金属球将产生出正电荷
B. 金属球左侧将出现负的净电荷
C. 点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零
D. A的内部合电场强度处处为零
解析：由于静电感应，金属球左侧带正电，右侧带负电，A、B错误；点电荷在球心 产生的电场强度不为零，C错误；A的内部合电场强度处处为零，D正确.
D
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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
解析：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，内部的电荷量 为零，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.
B
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4
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6
A. 到达集尘极的尘埃带正电荷
B. 电场方向由放电极指向集尘极
C. 带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D. 同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
解析：由题图示可知，集尘极与直流高压电源正极相连，则电场方向由集尘板指向放 电极，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，则 尘埃的电场力方向向右，故到达集尘极的尘埃带负电荷，故A、B、C错误；根据F＝ Eq可知，同一位置带电荷量越多，尘埃所受电场力越大，故D正确.故选D.
D
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5
6
A. 粉粒a与导体滚筒C接触后会先中和再带上正电
B. 粉粒b会落入F料槽中
C. 粉粒a会落入F料槽中
D. 刮板D的作用是把吸附在导体滚筒C上的粉粒刮下来
BD
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解析：电极G电离空气产生大量离子，使得粉粒a、b都带负电，粉粒a绝缘性能良 好，粉粒a上的负电与滚筒C上的正电相互吸引，被吸附在滚筒C上，最后被刮板D刮 入料槽E中，故A、C错误，D正确；粉粒b导电性能良好，会与滚筒C上的正电荷先中 和，然后带上正电，根据同种电荷相互排斥，电场力对粉粒b做正功，故粉粒b落在料 槽F中，故B正确.故选B、D.
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[能力提升]
6. 在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个 点电荷连线的中点O处有一个半径为r（r l）的空心金属球，且球心位于O点，如图 所示.则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多少？方向如何？
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