第9章 第4节 静电的防止与利用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第4节　静电的防止与利用 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 　　在静电场中，通过对导体上自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程。 1.了解尖端放电、静电屏蔽现象，了解静电防止的原理。 2．知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。 　　通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体内部场强处处为0。 　　关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系。 [对应学生用书P22] 1．(物理与生活)尖端放电、静电屏蔽、静电吸附等现象在我们生活中有很多的应用和原理，如图所示。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)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。(　　×　　) (2)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内电场强度为零。(　　√　　) (3)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零。(　　√　　) (4)飞机轮上装有拖地线、油罐车后面拖条铁链都是为了把静电导入大地。(　　√　　) 2．(知识拓展)静电除尘：如图所示的是静电除尘原理图。 静电除尘的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的带电粉尘在电场作用下与气流分离，分别聚集到金属管壁和金属丝上，达到清洁烟气颗粒的作用。 一、静电平衡 1．静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。 3．静电平衡状态下导体的特点→ (1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。 (2)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。 4．导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 二、尖端放电 1．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的现象。 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。 三、静电屏蔽 1．静电场中的空腔导体：带空腔的导体静电平衡时，内表面没有电荷，导体壳壁内的电场强度为0，即电场线只能在空腔之外，不会进入空腔之内。所以导体壳内空腔里的电场强度也处处为0。 2．静电屏蔽：静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为0。外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 3．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。 四、静电吸附 1．静电吸附：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 3．静电喷漆：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，并沉积在工件表面。 4．静电复印：复印机应用了静电吸附的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照时，OPC是绝缘体，受光照时变成导体。 [对应学生用书P24] 探究点一___静电平衡 如图所示，将一个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。 [问题设计] (1)自由电子将向哪个方向移动？试说明导体左、右两侧各呈现什么电荷。 (2)自由电子能否一直运动？为什么？ 提示：(1)自由电子受向左的电场力，向左运动，左侧呈现负电荷，右侧呈现正电荷。 (2)自由电子不会一直运动。因为感应电荷的电场和外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子将停止定向移动。 1．静电平衡实质 (1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合电场强度减小，随着感应电荷的继续增加，合电场强度逐渐减小，直至合电场强度为零，自由电荷的定向移动停止。 (2)静电平衡的条件：导体内部的合电场强度为零，即E合＝0。 2．静电平衡状态的特点 (1)导体内部某处感应电荷产生的电场强度E′与周围原电场的电场强度E大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部合电场强度E合处处为零，但导体表面的电场强度不为零。 (2)电场线与导体表面垂直。 (3