第九章 4.静电的防止与利用（教师用书）-2022-2023学年高二新教材物理必修第三册【勤径学升·同步练测】（人教版）

4．静电的防止与利用 学习目标 核心素养 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下导体的特点。 2．知道导体上电荷的分布特点，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。 3．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 [对应学生用书第18页] 一、静电平衡 1．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。 二、尖端放电 1．导体上电荷的分布 (1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (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。 2．空气的电离：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使空气分子中的正负电荷分离的现象。 3．尖端放电：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。 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会减少电能的损失。 三、静电屏蔽 静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度为0。外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。 四、静电吸附 1．静电吸附：电场中，带电粒子在静电力作用下向电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 3．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，向作为正极的工件运动，并沉积在工件表面。 4．静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体OPC，无光时，OPC是绝缘体，有光照时变成导体。 1．判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。 (1)静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动。(√) (2)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场下外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零。(√) (3)静电平衡时，导体内部表现为中电性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净剩电荷。(√) (4)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。(×) (5)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。(×) (6)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零。(√) 2．金属笼子接上50 kV的高压，但笼里的人为什么却安然无恙？ 答案　达到静电平衡后导体内部电场强度E＝0。 [对应学生用书第19页] 要点一　静电平衡状态下的导体 如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。 (1)这种定向移动是无休止的吗？ (2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？ 提示　(1)不是　(2)有 1．处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′。 2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0。 3．静电平衡时，导体上的电荷分布有： (1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净剩电荷。 (2)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，如图甲所示。 (3)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图乙所示。 [例1]　长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于______________，方向为______________。 [解析]　导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任意一点都受两个电场的影响，即外电场(＋q在该点形成的电场E0)和附加电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E′)，达到静电平衡状态时E′＝－E0。题中所求的即为E′，E′＝－E0＝－＝－，负号代表E′和E0方向相反，即方向向左。 [答案]　　向左 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷 产生的电场强度的方法 (1)运用E＝k求出外电场场强E外的大小和方向。 (2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。 (3)由E外＋E感＝0，求出感应电场电场强度E感的大小和方向。 1．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电