9.4静电的防止与利用-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（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 课程标准 学习目标 了解生产生活中关于静电的利用与防护。 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点. 2．知道导体上电荷的分布特征，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． （一）课前阅读： 如图所示，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，使导体两端出现等量异种电荷．请思考下列问题： (1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？ (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ 答案　(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动． (2)不能．感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止． 2.避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？ 答案　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．通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击． 3．静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？ 答案　处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，即使导体壳外有电场，由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的物体不会产生影响． （二）基础梳理 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. 3．导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，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． 【微点拨】孤立的带电体 孤立的带电体，电荷分布稳定后，也处于静电平衡状态。 【即学即练】 1.判断下列说法的正误. (1)处于静电平衡状态下的导体内部的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．(　√　) (2)静电平衡时，导体内部表现为电中性，电荷都分布在外表面，导体内部没有净剩电荷．(　√　) (3)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点．(　×　) 二、尖端放电　静电屏蔽 1．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留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的现象． 2．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，而与尖端上的电荷中和，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会减少电能的损失． 4．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处处为0.外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽． 5．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． 【拓展补充】在如图所示的实验中，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？ 提示：(1)图甲中不会张开，金属网可以屏蔽外电场。 (2)图乙中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响。 (3)图丙中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响。 三、静电吸附 1．静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，向着电极运动，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，这些微粒向着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)，无光照时，OPC是绝缘体，受光照时变成导体． 【微点拨】静电除尘小实验 这里介绍一种很简单的演示装置。将圆柱形铁罐的底部去掉，变为两端开口的圆筒，再通过一根绝缘柄把圆简装在铁架台上，圆筒的中轴线处吊一根下系一个重物的金属线。演示时，将静电起电机的两个电极分别接于圆筒和金属线上端。在圆筒下方点燃蚊香，烟雾从圆筒上冒出。起电时，烟雾即刻消失。 一、静电平衡 1．处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合电场强度为0，即E0＝－E′. 2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部电场强度为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合电场强度为0. 3．处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直． 4．静电平衡时，导体上的电荷分布在导体的外表面，其内部没有