9.4 静电的防止与利用 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止与利用 干燥的冬天，用手接触金属时会有触电的针刺感 避雷针 自然界的雷电是一种剧烈的放电现象 思考2：这些放电现象，有什么共同点吗？（原理） 思考1：生活中有哪些静电现象或放电现象呢？ A B 思考2：这些放电现象，有什么共同点吗？（原理） 带电体 带电体 导体 导体 + C - + 金属的微观结构模型 思考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？ E0 A C B D 思考2：自由电子定向移动后会怎样呢？ A B C D - - - A B C D +++ ▲电场力的作用下，自由电子定向移动 ▲自由电子的定向移动使电子在AB端聚集，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 E0 E0 E0 A B C D E´ E0 - - + + 1. 定义： 导体内部没有自由电荷移动时，导体所处的状态 静电平衡 思考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 增加吗？ ▲导体两侧感应出的正、负电荷在导体内部产生一个感应电场E´ E´ E0 - - + + E0 ▲感应电场与外加电场叠加抵消，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 2. 特点： ①导体内部的合场强处处为零 E合 = 0 1. 定义： 导体内部没有自由电荷移动时，导体所处的状态 静电平衡 思考4：静电平衡时，导体内部正负电荷数量相等吗？ 2. 特点： ①导体内部的合场强处处为零 E合 = 0 ②导体内部正负电荷数量相等、 均匀分布， 电荷只分布在导体的外表面 如何分布？ 分布在哪里？ 无净电荷 越尖锐的位置电荷密度（单位面积的电荷量）如何？ 尖端电荷密度大 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 思考：金属门把手、大地都相当于静电平衡的导体，那它们是如何发生放电现象的呢？ ▲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 说明：当金属小球电荷积累到一定程度时，才会发生放电现象 思考：金属门把手、大地都相当于静电平衡的导体，那它们是如何发生放电现象的呢？ 思考2：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？ 在正常情况下，空气中只有极少的带电粒子 ▲导体周围的强电场使空气中极少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 1. 空气的电离 思考2：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？ ▲极少的带电粒子剧烈运动 ▲气体分子的正负电荷分离 ▲使空气进一步电离 1. 空气的电离 2. 放电现象 ▲电离产生的带电粒子在电场的作用下，向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 + + + + + + + + 尖端周围 电场很强 + - + - + - + - + - + - + - + - + 尖端放电原理 尖端周围 电场很强 空气电离 尖端上的电荷被中和 尖端释放 电荷 + + + + + + + + + - + - + - + - + - + - + - + - 等效于 尖端放电原理 大 地 + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 尖端放电的应用 - - - - - - - - - 当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通化尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避雷的目的。 ▲烛焰被针尖“吹开” 尖端放电的应用 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，会使空气分子电离，从而产生大量新的离子，这些离子与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远处。 工人在高压线上检修 用金属丝线制成的防护服 思考1：什么保护了他们？ 思考2：当用金属网罩把验电器罩起来时，验电器箔片始终闭合，这是为什么呢？ + + + - - - -