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

静电的防止与利用 人教版高中物理 必修3 第九章 静电场及其应用 在我们身边到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。静电与我们的生活密不可分。 “静电释放器”可以把人体、金属、大地形成通路，将人体静电传入大地，这样就可以清除身体上的静电，防止发生火灾。 今天我们来学习静电的防止与利用。 思考与讨论：把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为 E0 的电场中，导体上会出现怎样的现象？ 将不带电的金属导体放在带电体周围，会发生静电感应现象。从电场的角度，应该怎样理解静电感应现象呢？ 金属导体中自由电子受到电场的电场力作用后向左移动，在导体 AB 侧的平面上将感应出负电荷，在 CD 侧的平面上将感应出正电荷。 导体两侧出现的正、负感应电荷在导体内部产生与电场强度E0 方向相反的电场，其电场强度为 E′。（这个电场叫作感应电场或附加电场） 感应电场和外电场叠加，使导体内部的电场逐渐减弱，但只要 就仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0 时，导体内的自由电子不再发生定向移动。这时我们说，导体达到静电平衡。 1. 静电平衡状态： 发生静电感应的导体，导体中（包括导体表面）自由电子不再发生 定向移动时的状态。 ①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。 ②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。 一、静电平衡 2. 静电平衡状态下导体的特点 思考与讨论：处于静电平衡状态下的导体，表面处的电场强方向为什么跟导体表面垂直? 若场强方向跟该点的表面若不垂直，则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。 （1）静电平衡时导体内部没有净电荷，净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。 1. 静电平衡时导体上电荷的分布的特点 二、尖端放电 （1）空气的电离：强电场使空气中残留带电粒子剧烈运动，撞击空气分子，使得空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫作空气的电离。 （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. 尖端放电 （3）应用与防止 ①应用：避雷针。 ②防止：高压设备中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电导致高压设备上电能的损失。 思考与讨论：雷电交加时在铁皮屋和木屋中,哪个更安全? 三、静电屏蔽 导体达到静电平衡时，内部场强处处为0，若是带空腔的导体，导体壳内空腔里的电场强度也处处为0，无论导体外部电场是什么样的，导体内部都不会有电场，金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。 1.静电屏蔽 (1)第一种情况：导体内空腔内部不受外界电场的影响。 2. 静电屏蔽的两种情况: 因外电场的电场强度与导体壳表面的感应电荷在空腔内的感应电场的矢量和为零，表现为导体内空腔不受外部电场的影响，起到了屏蔽外部电场的作用。 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响。 (2)第二种情况：接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间 ①导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 ②导体壳接地后，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。 3. 静电屏蔽的应用 （1）野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条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，使其免遭雷击。 （2）超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的，形成一个金属“网”，内场强保持为0，高压外电场不会对内部的工人产生影响。 （1）静电除尘 设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。 四、静电吸附 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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 （2）静电喷漆 复印机也应用了静电吸附。 （3）静电复印 练习1. 如图所示，在真空中把一绝缘导体向带电(负电)的小球P缓慢地靠近 (不相碰)，下列说法中正确的是（ ） A．B端的感应电荷越来越多 B．导体内场强越来越大 C．导体的感应电荷在M点产生的场强恒