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 静电的防止与利用 7 1 知道什么是静电平衡，能掌握静电平衡状态下导体的特点。 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。 重点 难点 静电平衡 科技馆中这个设备是什么原理？ 观察与思考 观看视频并交流讨论下面的问题 观察与思考 (1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？ 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。 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： 观察与思考 (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ 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。 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： 观察与思考 1.定义： 导体内的自由电子不再发生定向移动的状态，我们就认为导体达到了静电平衡状态。 静电平衡 2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，即外电场E0和感应电荷产生的电场E′的关系为E0＝－E′。 E内=0 静电平衡 通过法拉第圆筒实验，了解导体上电荷的分布特点 观察与思考 观看视频，了解导体上电荷的分布特点 观察与思考 3.导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，导体内部没有净电荷(未被抵消的电荷)，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。 4.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。 静电平衡 辨析 (1)处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。(　　) (2)静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。(　　) (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。(　　) × √ × 导练 1.(多选)(2023·河北邢台市第二中学高二期中)长为l的导体棒原来不带电，现将一个带负电的点电荷(电荷量的绝对值为q)放在金属棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图所示。当金属棒达到静电平衡后，已知静电力常量为k，以下说法正确的是 A.棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为零 B.棒上O点处的电场强度为零 √ √ 连线且指向q 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法是： (1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。 (2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。 (3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向。 总结提升 2.一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B所带电荷量分别为 A.QA＝1×10－8 C　QB＝1×10－8 C B.QA＝2×10－8 C　QB＝0 C.QA＝0　QB＝2×10－8 C D.QA＝4×10－8 C　QB＝－2×10－8 C √ 导练 B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部没有净剩电荷，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8 C－2×10－8 C＝2×10－8 C，B正确。 处于静电平衡状态的导体，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 总结提升 尖端放电 观看视频，交流与讨论雨天为什么不能站树下？ 观察与思考 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，这种现象叫作空气的电离。 空气电离 1.原理： 尖端的强电场 周围空气电离 尖端电荷中和 尖端释放电荷 等效于 尖端放电 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。 2.应用： 飞机装有类似避雷针的放电刷 尖端放电 I 避雷针的原理 I 避雷针的原理(动画模拟） 观察与思考 避雷针的原理（实验模拟） 观察与思考 3.防止： 夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。 尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。 尖端放电 辨析 (1)验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电。(　　) (2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。(　　) (3)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。(　　) (4)为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑