高中物理人教版（2019）必修第三册9.4 静电的防止与利用（共27张ppt）

(共27张PPT)
第九章
静电场及其应用
第四节
静电的防止与利用
第四节|静电的防止与利用
核心素养点击
物理观念
通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征；知道导体上电荷的分布规律
科学思维
了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象；了解静电吸附原理，知道静电在除尘、喷漆、复印等生产中的应用
科学探究
体会用理论联系生活的方法，理解尖端放电和静电屏蔽现象
科学态度与责任
通过探究实验，培养他们交流沟通的能力，提高理论与实践相结合的能力
梳理主干新知初感悟
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电荷的现象。
2、静电平衡状态：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。
3、导体内部电场强度特点：内部电场强度处处为0。
导体中的自由电子沿电场的反方向移动；电子会积聚在导体左侧；电子的积聚使导体左、右两侧出现等量异种电荷，使导体内部产生与
方向相反的电场
，使导体内部的电场强度削弱；当
与
大小相等时，导体内部的合电场强度，最终导体中的自由电子不再定向移动。
静电平衡的实质：
（1）在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合电场强度减小，随着感应电荷的继续增加，合电场强度逐渐减小，直至合电场强度为0，自由电荷的定向移动停止。
（2）静电平衡的特点：导体内部的合电场强度处处为0，即
。
静电平衡问题的认知
1、金属导体由固定的金属阳离子和自由电子组成。
2、同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
3、在静电感应中，移动的电荷只能是自由电子(正电荷不移动)，且逆着外电场的方向定向移动。
4、静电平衡是瞬间完成的。
5、电荷只能发生转移，不能消失。将某导体接地，或将两导体用导线连接起来，为电荷的转移提供了条件，且转移的电荷是电子。
6、处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0，由此可知已知外电场时求感应电荷电场的大小、方向。
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，如左图所示。
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，如右图所示。
二、尖端放电
1、电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。
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，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：避雷针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光滑，减少电能的损失。
思考与讨论
观察尖端放电现象
导体尖端附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。再导体尖端附近放一根点燃的蜡烛。当我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏移。这就是尖端放电引起的后果。
因为在尖端附近强电场的作用下空气中残留的离子会发生激烈的运动。在激烈的运动过程中它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离，从而产生大量新的离子，这就使空气边得易于导电。与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方，蜡烛的火焰偏移就是受到这种离子形成的“电风”吹动的结果。
【典例一】
1、如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　)
A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C．用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触
D．使验电器A靠近B
解题思路：A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A在外面故带电；D项中是感应起电；所以B、C、D项正确。
答案：BCD
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处处为零，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。
使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开？
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。
静电屏蔽的两种情况
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：
（1）充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。
（2）曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。
（3）显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。
（4）转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。
（5）放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。
【典例二】
2、静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是(　　)
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
解题思路：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，所以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，C项正确。
答案：AC
【基础练习】
1、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(不与球接触)，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，于是有(
)
A.A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向
B.A的位置不变，B向右偏离竖直方向
C.A向左偏离竖直方向，B的位置不变
D.A和B的位置都不变
答案：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
相互吸引，所以B向右偏；而金属空腔C可以屏蔽外部的B的电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，所以A位置不变．故B正确，ACD错误；故选B.
2、如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则(　　)
A．B的空腔内电场强度为零
B．B不带电
C．B的外表面带正电
D．B的内表面带负电
答案：D
解析：因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错。
3、如图所示，先用绝缘细线将导体悬挂起来，并使导体带电。然后用带绝缘柄的不带电小球接触A点，再用小球与验电器接触。用同样的方法检验B、C部位的带电情况，则(　　)
A．与A接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度最大
B．与C接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度最大
C．与A、B、C接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度一样大
D．通过实验可确定导体上平坦部位电荷分布比较密集
答案：B
解析：带电导体的平坦部位电荷比较稀疏，凸出部位电荷比较密集，即C处电荷最密集，B处次之，A处最稀疏，因此小球接触A点时，取得的电荷量最少，与验电器接触时，验电器箔片得到的电荷量最少，箔片张开的角度最小；反之与C处接触时，箔片张开的角度最大。
4、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.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理
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
答案：C
解析：用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电，用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电，穿衣，脱衣也会产生静电．这些图标都是为了减少静电的产生；不是静电屏蔽．故A错误；工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装，会引起静电，故B错误；化纤手套与接触物容易摩擦起电，故会引起静电，从而引起油料燃烧的危险；故C正确；用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电；故D错误；故选C。