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

9.4 静电的防止与利用 1.知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态导体的特性。(重点) 2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。 3.知道导体上电荷的分配规律。(难点) 4.了解尖端放电现象。 知识点一　静电平衡 1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。 2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。 (1)处于静电平衡状态下的导体的特点 ①导体内部某处感应电荷产生的电场强度E'与周围原电场强度E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合电场强度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。 (2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点 ①净电荷都分布在导体的表面,导体内部没有净电荷。 ②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电量相等,远同近异,如图甲所示。 ③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。 知识点二　尖端放电 1．电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。 2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，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，减少电能的损失。 知识点三　静电屏蔽与静电吸附 1．把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内场强保持为零，外电场对壳(网)内的仪器也不会产生影响的现象叫静电屏蔽。 2．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。 【温馨提示】实现静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。 3.静电屏蔽的两种情况 项目 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 图示 实现 过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合电场强度为零,达到静电平衡状态,起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用 最终 结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体 4．静电吸附原理 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，这个原理在生产技术上被广泛应用。 [例题1] 矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线形状正确的是（　　）（感应电荷的电场在导体内部的电场强度为零） A． B． C． D． [例题2] 如图所示，先用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带正电金属球靠近金属网。下列说法中正确的是（　　） A．验电器的金属球带负电 B．若将金属网接地，箔片会张开 C．金属网罩和带正电的金属球电势相等 D．拿掉金属网，验电器的箔片会张开 [例题3] 如图为静电除尘机理的示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是（　　） A．到达集尘极的尘埃带正电荷 B．带电尘埃在运动过程中所受电场力不变 C．电场方向由放电极指向集尘极 D．带电尘埃所受的电场力做正功 [例题4] 如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为R的金属球面上，以金属球心O为原点建立坐标轴Ox。关于该带电小球产生的电场E随x的变化关系，图中正确的是（　　） A． B． C． D． [例题5] 一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比（　　） A．Ea最大 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec [例题6] 将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内（不与球接触），另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有（　　） A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向 C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 [例题7] （多选）如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分别落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的是（　　） A．带正电的矿粉