9.4静电的防止与利用-2022-2023学年高二物理精品课件（2019人教版必修第三册）

9.4静电的防止与利用 第九章 静电场及其应用 晓峰物理 自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。 在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？ 情景引入 一、静电平衡 问题1: 把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，根据金属的微观结构模型，自由电子怎样移动呢？ 电场力的作用下，自由电子发生定向移动。 问题2: 自由电子定向移动会导致怎样的情况发生呢？ 自由电子的定向移动导致电子在AB端集聚，CD端正电荷“暴露”出来。 AB端感应出负电荷、CD端感应出正电荷。 一、静电平衡 问题3: - - + + 导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？ 导体两侧感应出的正、负电荷会在导体内部产生一个感应电场E´。 E0 E0 感应电场与外电场叠加抵消，直到导体内部各点的电场强度E=0。 导体内自由电子不再发生定向移动，达到静电平衡状态。 E´ E合 = E0–Eʹ E´ 一、静电平衡 静电平衡状态： 导体内自由电子不再发生定向移动的状态，称之为静电平衡状态。 静电平衡状态下导体的特点： ⑴内部电场强度处处为0。 ⑵电荷只分布在导体的外表面。 二、尖端放电 放电现象: 刚开始摇动手柄时，两个小球间没有放电火花。 继续摇动手柄到一定程度时，两个小球间有放电火花产生。 当金属小球电荷积累到一定程度时，才会发生放电现象。 二、尖端放电 问题1: 小球外表面电荷积累越多，电荷密度越大，则小球外部的电场强度越大。这样的一个强电场会造成什么结果呢？ 1、空气的电离 导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动 带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离 新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离 二、尖端放电 问题1: 小球外表面电荷积累越多，电荷密度越大，则小球外部的电场强度越大。这样的一个强电场会造成什么结果呢？ 2、放电现象 电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动 电离产生的带电粒子与导体上的电荷中和 二、尖端放电 尖端放电: 问题2: 静电平衡时导体外表面电荷的分布特征？ 在导体外表面 , 越尖锐的位置,电荷的密度越大。 二、尖端放电 尖端放电 应用 避雷针 尖端周围电场很强 空气电离 尖端上的电荷被中和 等效于 尖端释放电荷 尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的放电现象。 三、静电屏蔽 问题: 处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场中的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？ - - + + + + - - 可以利用金属壳或金属网封闭某一区域使该区域不再受外在电场的影响。这一现象称为静电屏蔽。 静电屏蔽: 使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。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。这个现象说明什么？ 静电屏蔽 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（空腔导体）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。 实现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作用。 演 示 三、静电屏蔽 应用: 屏蔽服 屏蔽线 高压线屏蔽 屏蔽服、屏蔽线、高压线屏蔽 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，使其免遭雷击。 四、静电吸附 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 静电吸附的原理： 四、静电吸附 小油滴 小油滴 B附近的空气中气体分子被电离 电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电 - - - - 带负电的小油滴在静电力的作用下，向着正极A运动，最后被吸附到正极A上 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 静电吸附的原理： 四、静电吸附 应用1：静电除尘 三、静电屏蔽 应用2：静电喷漆 接负高压的涂料雾化器 工件 用接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，这就是静电喷漆。 三、静电屏蔽 应用3：静电复印 利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。 静电的危害可能随时发生。例如，医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸;煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸…因此，静电的危害