9.4 静电的防止与利用—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册课件

9.4 静电的防止与利用
第九章 静电场及其应用
教学目标
1.知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态导体的特性
2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用
3.知道导体上电荷的分配规律
4.了解尖端放电现象
5.了解静电吸附的应用
引入
在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
静电平衡
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？
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
静电平衡
金属导体放到电场中,导体内的自由电子在静电力作用下,将向着与电场相反的方向定向移动。在导体的两个侧面上将出现正负电荷。导体两个侧面出现的正负感应电荷在导体内部产生的附加电场E'与外加电场E0的方向相反。
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静电平衡
附加电场阻碍自由电子的定向移动,只要外电场电场强度大于附加电场电场强度,自由电子的定向移动就会继续进行,导体两个侧面的感应电荷就会进一步增加,附加电场就会进一步增强,当这两个电场叠加使导体内部各点的合电场强度等于0时,导体内的自由电子不再发生定向移动,导体达到了静电平衡
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静电平衡
静电平衡:金属导体放到电场中,导体内的自由电子在静电力作用下,将向着与电场相反的方向定向移动。在导体的两个侧面上将出现正负电荷,直到导体内部各点的电场强度E=0,导体内的自由电子不再发生定向移动,这时导体达到静电平衡

静电平衡
1.处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为0。
2.处于静电平衡的导体电荷只分布在导体的外表面,导体内部没有净剩电荷。形状不规则的导体外表面,电荷分布不均匀,电场强度也不相等。越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大。
3.一个孤立的带电导体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,具有静电平衡的所有特点。
处于静电平衡的导体的特点
静电平衡
例1 如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是(　　)
A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度
B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EB
C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA D.当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动
D
静电平衡
解析:枕形导体在点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加,静电平衡时,导体内部电场强度处处为零,A错误;导体内部的电场强度处处为零,所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等,方向相反,故EA>EB,B、C错误;当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,中和导体B端多余的正电荷,D正确。
静电平衡
例2 一金属球,原来不带电。现沿球的直径的延长线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(　　)
A.Ea最大 B.Eb最大
C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec
C
静电平衡
解析:处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零,故a、b、c三点的电场强度都为零。静电平衡的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果,所以感应电荷在球内某点产生的电场的电场强度与MN在这一点形成的电场的电场强度等大反向,比较a、b、c三点感应电场的电场强度,实质上是比较带电体MN的电场在这三点的电场强度,由于c点离MN最近,故MN的电场在c点的电场强度最大,感应电荷电场在c点的电场强度也最大,故C对。
导体上电荷的分布
法拉第圆筒实验
甲：A的箔片张角逐渐变大
乙：A的箔片始终没有张开
导体内部没有电荷,电荷分布在导体的外表面
静电平衡
导体表面越尖锐的位置电荷越密集,凹陷的位置几乎没有电荷。
法拉第圆筒实验
接触C时验电器的箔片张开角度最大
静电平衡
静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点
①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面

②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

尖端放电
1.尖端放电:导体尖端电荷密度大,周围的电场强度大,把周围的空气电离,带电粒子在强电场的作用下加速撞击空气中的其他分子使它们进一步电离,所带电荷与导体尖端电性相反的粒子被吸引而奔向尖端与尖端上的电荷中和
导体尖端电荷密度大
尖端周围电场强
空气电离
空气中残留带电粒子剧烈运动
尖端失去电荷
尖端放电
正负电荷奔向异种电荷
尖端放电
尖端放电的应用——避雷针
接近
带电雷雨云
避雷针
静电感应
金属棒出现与云层相反电荷
尖端放电
向大气放电中和空气中电荷
静电屏蔽
静电屏蔽：空腔导体或金属网罩可以把外部电场遮住，使其不受外电场的影响

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,矢量和为零而已
静电屏蔽
3.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
如图,把验电器靠近带电体,箔片会张开,但如果把验电器置于金属网罩内,再靠近带电体,箔片不再张开,说明网罩内不受外电场的影响。
静电屏蔽
②接地导体的内部电场影响不到导体外部
如图,如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷+q。由于静电感应,导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷,其电场线分布如图甲所示;当把导体球壳接地后,+q在壳内的电场对外部空间就没有影响了,此时的电场线分布如图乙所示。
静电屏蔽
静电屏蔽的应用
野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击
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
静电屏蔽
例3 下列实验中,验电器的金属箔片会张开的是（ ）?
解析:A中不会张开,金属网可以屏蔽外电场。B中会张开,因为金属网未接地,网内的带电体可以对外界产生影响。C中不会张开,因为金属网已接地,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
B
练习
1.一个带电的金属球,当它带的电荷量增加后(稳定),其内部的电场强度(　　)
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:孤立带电金属球处于静电平衡,则内部电场强度为零,电荷量增加,瞬间再次达到静电平衡,使电场强度仍为零
B
练习
2.如图所示,将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧,由于静电感应,枕形导体的A、B两端分别出现“-”“+”感应电荷。则以下说法中正确的是(　　)

A.A端接一下地,导体将带正电荷
B.A端接一下地,导体将带负电荷
C.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相同
D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零
B
练习
解析:将枕形导体接地,则枕形导体带负电,故A项错,B项对;导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相反,故C项错;小球Q和枕形导体的感应电荷在枕形导体内部的合电场强度为零,故D项错。
答案:B
练习
3.如图所示为空腔球形导体(不带电),现将一个带正电的小金属球放入腔内,静电平衡时,图中A、B、C三点的电场强度E的关系是(　　)
A.EA>EB>EC B.EA=EB>EC
C.EA=EB=EC D.EA>EC>EB
A
解析:画出系统静电平衡后,空腔导体上感应电荷与导体内外的电场线的分布图如图所示,从图中可以看出:EA>EB>EC(C点在导体内部合电场强度为零)。
本课结束