第九章 静电场及其应用 4 静电的防止与利用-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（人教版2019）

4.静电的防止与利用 1．了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡状态的导体内部的电场特点。2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点，了解尖端放电现象及其应用与防止。3.了解静电屏蔽的原理和应用，了解静电的危害。4.了解静电吸附的原理及其在生产技术上的应用。 一　静电平衡 1．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的电场强度E＝0，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．静电平衡时导体上电荷的分布 (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，周围的电场强度越大。 2．尖端放电 (1)定义：导体尖端周围的强电场使附近的空气电离，电离后的带电粒子在强电场作用下加速，撞击空气中的分子，使空气分子进一步电离，产生更多的带电粒子，那些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。这种现象叫作尖端放电。 (2)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (3)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，以减少电能的损失。 三　静电屏蔽 1．原理：当带空腔的导体达到静电平衡时，导体壳内空腔里的电场强度处处为0，不受外电场的影响。 2．应用：电学仪器外面有金属壳，以使壳外电场对壳内仪器不会产生影响；野外高压输电线上方还有两条导线与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。 四　静电吸附 1．原理：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。 2．应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印。 1．判一判 (1)因为静电平衡时外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场场强为0，所以处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。(　　) (2)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。(　　) (3)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。(　　) (4)静电都是很微弱的。(　　) (5)有时要利用静电来方便生活、生产，有时要防止静电产生的危害。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 2．想一想 家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属？ 提示：若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就会形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作。 探究1　静电平衡 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲所示，导体中的电子为什么向左运动？ 提示：自由电子带负电，受力与外部电场强度E0方向相反。 活动2：如图乙所示，导体内部的净电荷为什么少了？E′是什么？ 提示：随着自由电子的定向移动，在左右两侧堆积了越来越多的净电荷，使得它们产生的E′越来越大，内部电荷都要受到E0、E′的共同作用，这两个电场强度方向相反，使得内部场强越来越小，自由电子受到的力越来越小，能向左运动的自由电子越来越少。 活动3：图丙说明了什么？ 提示：当E′大小等于E0时，导体内的合场强E＝0，自由电子受到的静电力合力为零，自由电子便不能再向左做定向移动，达到静电平衡状态。 1．静电平衡的实质 金属导体放到场强为E0的电场中，导体中的自由电子在静电力作用下定向移动，导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小。当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，直到合场强为零时，自由电荷的定向移动停止。 2．对静电平衡的三点理解 (1)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。 (2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 (3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零，是指外电场E0与导体两端的感应电荷产生的电场E′的合场强为零，E′＝－E0。 例1　如图所示，点电荷A和B所带电荷量分别为＋3.0×10－8 C和－2.4×10－8 C，彼此相距6 cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳，求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度。(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2) (1)金属球壳内合场强等于多少？ 提示：金属球壳内合场强等于零。 (2)点电荷的电场强度如何计算？ 提示：点电荷的电场强度E＝k。 [规范解答]　点电荷A在O点的电场强度大小为E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B；点电荷B在O点的电场强度大小为E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点处产生的电场强度大小为E3，