第九章第4节　静电的防止与利用 课件《创新课堂》必修三

(共47张PPT)
第4节　静电的防止与利用
1．了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性。
2．了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。
3．了解尖端放电、静电屏蔽和静电吸附现象。
课前 知识梳理
PART
01
第一部分
一、静电平衡
1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应________的现象。
2．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。
3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度________。
电荷　
处处为0　
二、尖端放电
1．电离：导体越尖锐的位置，电荷密度越________，周围的电场强度越________，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________的现象。
2．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端的电荷________，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3．尖端放电的应用与防止
(1)应用：________是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止：高压设备中导体的表面尽量________，减少电能的损失。
大　
大　
分离　
中和　
避雷针
　光滑　
三、静电屏蔽
1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场__________________，外电场对壳内不会产生影响。
2．静电屏蔽的应用
(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。
(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。
处处为零　
四、静电吸附
1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。
2．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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
3．静电复印的工作过程
充电→________→显影→转印→放电
曝光
判断下列说法是否正确。
(1)处于静电平衡状态的导体内部任意点的电场强度为零。(　　)
(2)静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零，导体内部没有电荷。(　　)
(3)处于静电平衡状态下的导体内部的自由电荷静止不动。(　　)
(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(　　)
(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。(　　)
√　
×　
×　
×　
×　
课堂 深度探究
PART
02
第二部分
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)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向又如何？
[提示]　自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动。
知识点一　静电感应和静电平衡
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
[提示]　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。
1．静电平衡
(1)电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。
(2)合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。
2．静电平衡特点
(1)净电荷只分布在导体表面，导体内部没有净剩电荷。
(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，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集中，电荷电场线越密集，如图乙所示。
(4)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况如图丙、丁所示，电场线垂直于导体表面。
√
角度1　静电感应现象的分析
　 　一个内部含有空腔的矩形金属导体W放在静电场中，电场线如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．金属发生感应起电，左端A处的感应电荷为正电荷
B．感应电荷在C处产生的电场强度为0
C．金属内部被静电屏蔽，空腔C处的电场强度为0
D．金属处于静电平衡状态，金属内部的电子不受电场力作用，处于静止状态
[解析]　金属W放在静电场中会发生感应起电，根据电场线的方向，可知左端A处的感应电荷为负电荷，故A错误；
感应起电后金属处于静电平衡状态，感应电荷在C处产生的电场强度与原电场方向相反，内部被静电屏蔽，电场强度为0，金属内部的电子不受电场力作用，电子不做定向运动，但仍在无规则运动，故C正确，B、D错误。
√
角度2　静电平衡的特点及应用
　 　(2024·江苏连云港联考期中)如图所示，带电体＋Q靠近一个原来不带电的接地空腔导体，在达到静电平衡后，导体腔(　　)
A．带正电
B．内表面的电荷量为0
C．外表面的电荷量为0
D．内、外表面带异种电荷
[解析]　在达到静电平衡后，电荷只分布在导体的外表面，故导体腔的外表面靠近带电体＋Q的一侧感应出负电荷，导体接地，说明远端为地球，近端为导体，故导体外表面带负电荷，所以外表面的电荷量不为0，而内表面不带电，整个导体腔带负电，故A、C、D错误；
在达到静电平衡后，导体内部没有净剩电荷，所以内表面的电荷量为0，故B正确。
√
知识点二　静电屏蔽

某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，你能告诉他其中的原理吗？
[提示]　电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用。
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。
2．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
静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点的电场强度叠加后合电场强度为零。
(2)接地导体的内部电场影响不到导体外部
接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的电场强度叠加后合电场强度为零。
√
　 　如图所示，一有线电视信号线内有一层铜质金属网，其主要作用是(　　)
A．加固作用不易折断信号线
B．用于信号的传输
C．为防止外界电场干扰
D．铜芯与金属网分别接在电路的两极，便于沟通回路
[解析]　根据静电屏蔽原理可知，金属网能屏蔽外部电场，使其不受外部电场的影响，则有线电视信号线内有一层铜质金属网，其主要作用是防止外界电场干扰。
　 　(2024·陕西西安期中)在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是(　　)
√
[解析]　金属网可以屏蔽网外电荷产生的电场，验电器的两金属箔片不带电，不会张开，故A错误；
金属网没有接地，网内带电体可以使验电器发生静电感应，使金属箔片张开，故B正确；
金属网接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响，不能使验电器发生静电感应现象，金属箔片不能张开，故C、D错误。
√
　 　如图所示，将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(始终不与球接触)，现将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B放在C附近，待稳定后，以下说法正确的是(　　)
A．A对B无静电力作用，B对A无静电力作用
B.A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向
C．A对B的静电力向左，B对A的静电力向右
D．A的位置不变，B的位置也不变
[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相互吸引，所以B向右偏； 而金属空腔可以屏蔽外部电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，即A、B之间无相互的静电力，所以A位置不变。
知识点三　尖端放电　静电的防止和利用

油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？
[提示]　油罐车在运输的时候，油会与桶壁摩擦起电，油罐车后面拖一条导电拖地带就可以将产生的静电及时导走，防止静电积累到一定程度再放电发生爆炸危害。
1．尖端放电：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，使空气电离，电离后的电荷与尖端上的电荷中和，使尖端电量减少。
2．静电利用的原理
带电粒子在电场力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷涂、打印等目的。
3．静电的危害
(1)静电吸附尘埃会对印刷、制药、合成纤维等工业生产带来危害。
(2)静电对高密仪器有干扰甚至毁坏作用。
(3)静电最大的危害是静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。
4．静电的防护
(1)抑制静电的产生。
(2)及时导走静电。
(3)进行静电中和。
√
角度1　尖端放电
　 　(2024·广东茂名统考)有人说：避雷针其实不“避雷”，反而是“接雷”，下列说法正确的是(　　)
A．避雷针的尖端周围会产生强电场使空气电离
B．避雷针的原理是静电屏蔽
C．避雷针尖端的感应电荷与云层下端电性相同
D．避雷针安装时应与大地保持良好绝缘
[解析]　避雷针的原理是通过尖端放电使周围空气电离，带电云层下端与避雷针尖端电性相反形成通路，大量的电荷通过避雷针流入大地，从而减少对建筑物等的危害，故A正确，B、C错误；
避雷针安装时应与大地保持良好接触，使云层电荷能够顺利导入大地，故D错误。
√
角度2　静电的防止和利用
　 　(2024·广东统考学业考试)静电消除器能将物件表面的静电消除。某种针式静电消除器的工作原理如图所示，在静电消除器的指针上加上高电压，指针周围产生正离子和电子，就可消除物件表面的静电。若物件表面的负电荷被中和，其原因是(　　)
A．指针周围的电子被吸引到物件表面
B．指针周围的正离子被吸引到物件表面
C．指针周围的电子和正离子都被吸引到物件表面
D．物件表面的负电荷消失
[解析]　“中和”是指正、负电荷互相接触，从而使带电体变成不带电的物体，电荷不会消失。若物件表面的负电荷被中和，其原因是指针周围的正离子被吸引到物件表面。
√
　 　(多选)(2024·天津南开统考期中)从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关。下列有关电学知识的相关说法错误的是(　　)
A．甲图中工作人员在超高压带电作业时，身穿用金属丝编制的工作服是应用了静电屏蔽现象
B．乙图中的避雷针是应用尖端放电避免雷击的一种设施
C．丙图中给汽车加油前要触摸一下的静电释放器，是应用了感应起电现象
D．丁图为静电喷漆的示意图，静电喷漆时
使被吸的金属件与油漆雾滴带异种电荷
√
[解析]　题图甲中工作人员在超高压带电作业时，穿用金属丝编制的工作服应用了静电屏蔽的原理，故A正确；
题图乙中的避雷针是应用尖端放电吸引雷击，从而避免附近的建筑物遭受雷击的一种设施，故B错误；
题图丙中给汽车加油前要触摸一下的静电释放器，是应用了接触起电现象，故C错误；
题图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带不同的电荷，从而产生引力，故D正确。
随堂 巩固落实
PART
03
第三部分
1．(静电感应和静电平衡)(2024·陕西渭南统考期中)如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q的点电荷放在盒子左边附近，达到静电平衡后，盒子内部电场强度处处为零，则盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是(　　)
√
√
2．(静电屏蔽)(多选)(2024·重庆二十九中期中)如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，其原因是(　　)
A．鸟的脚爪与金属架绝缘
B．起电机使笼带电，笼的电场强度不会很高
C．鸟笼内部电场强度为零，电荷分布在笼的外表面
D．金属鸟笼起静电屏蔽的作用
解析：起电机使金属鸟笼带电，金属鸟笼起静电屏蔽的作用，鸟笼内部电场强度为零，电荷分布在笼的外表面，所以站在金属架上的鸟安然无恙。
√
√
3．(静电的防止和利用)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
解析：在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因钢铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中发射的火箭，故选C。
√
4．(静电的防止和利用)(2024·江苏高二联考)如图为静电除尘器除尘原理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的。下列表述正确的是(　　)
A．电场方向由放电极指向集尘极
B．到达集尘极的尘埃带正电荷
C．带电尘埃所受静电力的方向与电场方向相同
D．带电尘埃受静电力作用做加速运动
解析：根据题图中电源的正负极，可知集尘极带正电，放电极带负电，电场方向由集尘极指向放电极，到达集尘极的尘埃带负电荷，带电尘埃所受静电力的方向与电场方向相反，带电尘埃受静电力作用做加速运动。
√
5．(静电的防止和利用)(多选)(2024·浙江杭州联考)小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的是(　　)
A．三个图标都是为了防止静电的产生
B．工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装
C．化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患
D．用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
√
解析：梳头、戴非棉布手套加油、穿脱衣时会产生静电，三个图标都是为了防止静电的产生，故A正确；
工作人员工作时间不能穿绝缘性能良好的化纤服装，不然会产生静电，故B错误；
化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患，故C正确；
绝缘的塑料梳子梳头会产生静电，存在安全隐患，故D错误。