第9章 第4节 静电的防止与利用(Word教参)-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第4节　静电的防止与利用 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．知道什么是静电平衡状态，知道处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。 2．知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。 3．了解尖端放电、静电屏蔽现象，了解静电的防止的原理 理解静电平衡状态的形成过程，会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的场强 关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系 [对应学生用书P22] 知识点一 静电平衡 1．静电感应现象：在外电场的作用下，导体中电荷在导体中重新分布的现象。 2．静电平衡状态：导体放入电场中，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 3．电场强度特点：处于静电平衡状态下的导体，某内部的电场强度处处为0❶。 1．外部电荷不能在导体内部激发电场。(　×　) 2．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度处处为0。(　√　) 知识点二 尖端放电　静电屏蔽　静电吸附 1．尖端放电 (1)电离：导体尖锐位置的电荷密度越大，周围的电场强度越大，在一定条件下导体尖端周围的强电场足以使空气中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分离，这个现象，叫作空气的电离。 (2)尖端放电：导体尖端的强电场使周围的空气电离，其中与导体尖端的电荷符号相反的粒子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫作尖端放电。 (3)尖端放电的应用与预防 ①应用：避雷针❷是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②预防：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少尖端放电造成的电能的损失。 2．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0，外电场对壳的仪器内不会产生影响❸，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 (2)静电屏蔽的应用 ①把电学仪器放在封闭的金属壳里。 ②野外三条高压输电线❹上方架设两条导线，它们与大地相连，把高压输电线屏蔽起来。 3．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，这就是静电除尘。 (2)静电喷漆❺：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 静电复印的工作过程包括充电、曝光、显影、转印、放电。 1．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。(　×　) 2．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。(　×　) 3．飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(　√　) 批注❶：“内部的电场强度处处为0”是指外电场的电场强度E0与感应电荷产生的电场强度E′的合场强为0。即感应电荷在导体内任意一点的电场强度E′与外电场在该点的电场强度E0大小相等、方向相反。 批注❷： 甲：带电云层靠近建筑物时，由于静电感应，建筑物带上了异种电荷。 乙：避雷针通过尖端放电，达到避免雷击的目的。 批注❸：导体内部不受外电场的影响 批注❹：用来做静电屏蔽的可以是金属壳，也可以是比较稀疏的金属网。 批注❺：静电喷涂示意图 [对应学生用书P24] 探究点一　静电平衡　(物质观念之形成) ►情境探究 如图所示，将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。 (1)自由电子将向哪个方向移动？试说明导体左、右两侧各呈现什么电荷。 (2)自由电子能否一直运动？为什么？ 提示：(1)自由电子受向左的电场力，向左运动，左侧呈现负电荷，右侧呈现正电荷。 (2)自由电子不会一直运动，因为感应电荷的电场和外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子将停止定向移动。 ►探究归纳 1．静电平衡实质 (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，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为0，自由电荷的定向移动停止。 (2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为0，即E合＝0。 2．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密集，如图乙所示。 　 ►对点例练 在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多少？方向如何？ 答案：，方向向右 解析：根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强