(讲义)第2章 第3节 静电的利用与防护-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(粤教版2019)

第三节　静电的利用与防护 学习任务 1．了解静电的利用与防护，能解释相关的自然现象。 2．能对静电平衡状态下电荷的分布规律进行分析。 3．通过静电平衡实验，会探究相关的静电问题；通过静电现象的利用和防护，增强安全利用静电的意识，有进行科学普及的兴趣和责任感。 知识点一　静电的利用 1．静电喷涂 (1)原理：静电喷涂是一种利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上负电荷，并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术。 (2)优点：静电喷涂具有显著优点，如涂层质量高、涂料利用率高、对使用者操作技术要求低等。 2．静电除尘原理：静电除尘是利用电荷相互作用的性质，把带有不同电性的粉尘从烟气中分离出来，再分类处理的过程。 3．静电复印 (1)原理：静电复印是利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式，又称无压印刷。 (2)应用：静电复印技术已发展成一门成熟的技术，被广泛应用于激光打印机、喷墨打印机、模拟式复印机、数字式复印机、速印机、传真机等。 4．静电植绒原理：静电植绒是利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质，通过使绒毛带上负电荷，令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。 知识点二　尖端放电 1．空气的电离：导体尖端处表面的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，并使分子中的正、负电荷分离的现象。 2．尖端放电：与导体尖端带相反电荷的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，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。 知识点三　防止静电危害 1．静电危害的分类：(1)静电力造成的不良后果；(2)静电火花引发的灾害。 2．防止静电产生的措施：(1)控制静电的产生；(2)把产生的电荷尽快导走。 　静电利用的原理：带电粒子在静电力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷涂、复印等目的。 1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)我们经常看到油罐车车尾有一根导电拖地带，其作用是将油罐车上的静电尽快导走。 (√) (2)静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动。 (√) 2．填空 一金属球，原来不带电，如图所示，沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，a、b、c为该直径上从左向右排列的三点，设静电平衡时，金属球上感应电荷产生的电场在这三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，则三点电场强度的大小顺序为Ec＞Eb＞Ea。 发生静电感应现象时，达到静电平衡后导体内部自由电子为什么不再发生定向移动？ [提示]　达到静电平衡后导体内部电场强度E＝0。 　静电平衡与静电屏蔽 1．静电平衡 (1)静电平衡状态：导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态。 (2)静电平衡的条件：导体内部合场强为零，即E内＝0。 (3)静电平衡状态下导体的特征： ①导体内部场强处处为零。 ②导体表面场强垂直表面。如果不垂直，场强就有一个沿导体表面的分量，自由电子还要发生定向移动，这就不平衡了。 ③导体为等势体，表面为等势面。导体内部场强处处为零，在导体内部移动电荷时，电场力不做功，任意两点间的电势差为零，因此导体是等势体。电荷在导体表面移动时，电场力与位移垂直，也不做功，故表面是等势面。 (4)静电平衡导体的电荷分布特点： ①导体内部没有净电荷，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。 2．静电屏蔽 由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，遮挡住了外界电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。 金属包皮或网罩只能屏蔽外来电场，不能挡住内部电荷向外激发的电场。 3．两种静电屏蔽现象 (1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示。 甲　　　　　　　乙 (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示。 【典例1】　如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡状态后，则(　　) A．B的空腔内电场强度为零 B．B不带电 C．B的外表面带正电 D．B的内表面带负电 D　[因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加可知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错误。] 静电屏蔽问题的两点注意 (1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。 (2)静电屏蔽的本质是静电感应与静