第九章 第四节 静电的防止与利用-2020-2021学年高中物理同步备课学案（2019人教版必修第三册）

第4节　静电的防止与利用

知识点归纳

知识点一、静电平衡

1．静电平衡状态下导体的电场

(1)静电感应现象：放在电场中的导体其内部自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。

(2)静电平衡状态：导体中(包括表面) 自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

(3)静电平衡状态下导体的特点：

①处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。

②处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。

③表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面垂直。

(4)静电平衡导体的电荷分布特点

①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷．

②受导体的形状影响，不光滑处电荷密度大．

③“远近端”电荷的电性相反，电量相等．

(a)如左图所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即“远同近异”．

(b)如右图所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体．

2．尖端放电、静电屏蔽

(1)尖端放电：

①尖端放电：空气被电离后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，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。

②应用和防止

应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。

(2)静电屏蔽：

①定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起屏蔽作用，使它内部不受外部电场影响的现象。

②静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的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．

      

③应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。

知识点二、处理静电平衡的“观点”

1．远近观：“远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．

2．整体观：“整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况．

知识点三、静电平衡两种情况的实现方法

1．两种情况

(1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示．

(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示．

2．实现过程

(1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽．

(2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用．

知识点四、静电屏蔽的本质

1．导体内部不受外部电场的影响的情况

(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开。如图甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到导体内部。

(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。

2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况

(1)现象：

①如图甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。

②导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。

(2)本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。