9.4 静电的防止与利用 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三 第九章 静电场及其应用 第四节 静电的防止与利用 把一只小鸟放入一个用金属网制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电场中，鸟会安然无恙吗？ 如果人在金属笼子里，给笼子加上高压电，人安全吗？ 情景导入 一、静电平衡 1.静电感应：把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体两端出现等量异种电荷的现象叫静电感应。 - - - - - - - - E0 感应电荷在导体内部产生电场E1，与原电场叠加。只要内部合场强不为零，自由电子就会继续做定向移动。 E1 - - - - 当内部合场强为零时，即E1=E0时，电荷不再发生定向移动。 2、静电平衡 静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。 静电平衡状态下导体的特点： ①内部场强处处为零。导体内部无电场线分布 ②处于静电平衡的导体，其外表部表面附近 任何一点的场强必跟该点的表面垂直。 ③处于静电平衡的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。 说明：假如不是这样，场强就会有一个沿导体表面的分量，导体上的自由电子就会发生定向移动，这就不是静电平衡状态了。 静电平衡的实质 金属导体放到场强为E0的电场中，金属中的自由电荷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，合场强为零时，自由电荷的定向移动停止． 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E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零，E′＝－E. 静电平衡状态的特点 (1)处于静电平衡状态下的导体的特点 ①导体内部处处合场强E合为零，但导体表面的电场强度不为零． ②整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一定为零． ③电场线与导体表面垂直． 静电平衡时导体上电荷的分布的特点 法拉第圆筒实验 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.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大（即单位面积电荷量多），周围的场强越大。 均匀球形导体 带电导体的电场线与等势面 处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点： ①净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷． ②感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示． ③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． 带电导体的电场线与等势面 乙 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是： (1)运用E＝kQ/r2求出外电场场强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。 练习：如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后 (　　) A．a端的电势比b端的高 B．b端的电势比d点的低 C．a端的电势不一定比d点的低 D．杆内c处场强的方向由c指向b 解析：首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b点电势比d点低，B正确；金属杆ab在静电平衡后是一个等势体，a点电势等于b点电势，也比d点低，选项A、C均错误；静电平衡后的导体内部场强为零，选项D错误。 B 1．电离的过程 导体尖端的电荷密度(单位面积的电荷量)大，附近的电场很强，空气中的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的分子撞“散”，即使分子中的正、负电荷分离． 电离的结果：就是使原来中性的分子分为正离子与自由电子． 二、尖端放电 讨论交流：在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体．电子点火器的放电电极做成了钉尖形．这是为什么？ 与此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？ 2．尖端放电 空气被电离后，与导体尖端所带电性相反的带电粒子会向尖端运动，把尖端上的电荷中和，从而使尖端失去电荷的过程． 利：避雷针可通过尖端放电及时泄放电荷，避免建筑物被雷击。 弊：高压设备带电部分会通过尖端放电损失电荷，所以把高压设备表面要做成光滑的． 应用和防止 (1)应用：避雷针、静电除尘、静电复印、喷涂、植绒等． (2)防止：高压设备中的导体表面应该尽量光滑，可以避免尖端放电． 1．屏蔽外电场 使用金属壳(网罩)把需要屏蔽的部分包在内部．可以使内部区域不受外部电场的影响．此金属球壳(网罩)不需要接地，如图． 原理：静电