9.4静电的防止与利用-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第九章 静电场及其应用 第四节 静电的防止与利用 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道静电平衡、静电屏蔽的概念。 (2)知道静电吸附的原理。 科学思维 (1)理解静电平衡的形成过程。 (2)理解静电的防止的原理。 科学探究 (1)分析静电平衡状态下导体的电场。 (2)分析尖端放电原理。 科学态度与责任 (1)了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。 (2)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。体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法，激发学习物理的求知欲。 知识点一 　静电平衡 1.静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。 2.静电平衡状态：放在电场中的导体，当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再定向移动的状态。 3.静电平衡时导体上电荷的分布： (1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，电荷只分布在导体的外表面上。若导体内部有电荷，导体内部的电场就不可能为零，自由电荷会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态。 (2)在导体表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 (3)感应电荷分布于导体的两端，电性相反，电荷量相等，远同近异。 知识点二　　尖端放电 1.电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。 2.尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3.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，减少电能的损失。 知识点三　　静电屏蔽与静电吸附 1.把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内场强保持为零，外电场对壳(网)内的仪器也不会产生影响的现象叫静电屏蔽。 2.静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷产生电场的电场强度和外加电场的电场强度的矢量和为零，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。 3.静电屏蔽的应用和危害 ①应用：为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，如通信电缆的外层包有一层金属线来进行静电屏蔽。 野外高压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，免遭雷击。 ②危害：航天飞机、飞船返回地球大气层时，由于飞船高速运动，与大气层摩擦产生高温，在飞船的周围形成一层等离子体，它对飞船产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断。对航天员来说，这是一个危险较大的时间段。 4.静电屏蔽的两种情况的比较 屏蔽外电场 屏蔽内电场 图示 实现过程 场源电荷在空腔内产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内产生的电场的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因被大地传导过来的异种电荷中和，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终 结论 空腔内导体不受外界电场影响 接地导体空腔外部不受内部电场影响 本质 静电感应与静电平衡 注意：实现静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。 5．静电吸附原理 在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上，这个原理在生产技术上被广泛应用。 易错易混点1.对静电平衡的理解及应用 易错易混点辨析： (1)对静电平衡的三点理解 (a)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。 (b)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 (c)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。 (2)处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点 (a)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。 (b)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。 (c)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。 甲　　　　　　　乙 (3)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况 静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。 (4)感应电荷场强的求解思路 (a)先求解外电场在该处场强的大小和方向。 (b)再利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等，方向相反。 例1.矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分