人教版高中物理必修第三册 第九章 静电场及其应用 4 静电的防止与利用 课件 (共41张PPT)

(共41张PPT)
第九章　静电场及其应用
4.静电的防止与利用
核心素养 素养目标
物理观念 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.
科学探究 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.
科学态度
与责任 进一步认识尖端放电、静电感应现象及其原因，能在生活中防止静电带来的危害.
一、静电感应现象与静电平衡
教材认知
引入　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.
【知识梳理】
定向移动　
零　
内部　
外表面　
越大　
垂直
×
√
×
A. 棒上感应电荷只分布在其表面
B. 棒内各处电场强度为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
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.
A
二、静电屏蔽
教材认知
引入　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.
不会　
静电感应　
零　
3. 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.
（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.
√
√
×
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.
三、静电的防止和利用
教材认知
引入　为避免雷击，现代高层建筑的顶端都安装有避雷针，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.
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.
甲 乙
大　
大　
强　
相反　
中和　
失去　
尖端放
电　
尖端放电　
电极上　
（2）应用
带电　
正极　
AD
A. 云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷
B. 云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷
C. 避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小
D. 避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
解析：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，D正确；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知底端带负电的云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A正确，B错误；由于电荷更容易集中到尖端，从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，C错误.
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.
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.
随堂检测
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
1
2
3
4
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
1
2
3
4
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
1
2
3
4
解析：收集器A接高压电正极，电离器B接高压电负极，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.
1
2
3
4
A. A点电场强度比B点大
B. A、B两点的电场强度均为零
C. 锥形导体右端带负电
BD
1
2
3
4
课时作业（五）
[基础训练]
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，导体内部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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2
3
4
5
6
A
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2
3
4
5
6
解析：金属圆盘处于静电平衡状态，内部每点的合场强都为零，即圆盘内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷－Q在该点产生的电场强度大小相等、方向相反，所以感应电荷的电场线与点电荷－Q的电场线重合，且方向相反.负点电荷的场强方向指向点电荷，所以感应电荷产生的场强方向背离负点电荷，A正确，B、C、D错误.
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2
3
4
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6
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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2
3
4
5
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. A、B与竖直方向的夹角均增大
B. A的位置不变，B与竖直方向的夹角增大
C. A、B均不偏离竖直方向
D. A对B的静电力向左，B对A的静电力也向左
B
解析：A在空心金属球内，由于静电感应，使得C外表面带正电，B、C相互排斥，所以B向左偏，且在B缓慢靠近C的过程中，B偏离竖直方向的夹角增大，又由于金属空腔对A起到静电屏蔽作用，故在B缓慢靠近C的过程中，A的位置不变，根据点电荷的特点可知，A对B的静电力向左，B对A的静电力向右，A、C、D错误，B正确.
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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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