4.1 静电与静电场（课件）-《电工技术基础与技能》同步精品课堂（机工版·第3版）

项目4 静电场与电容 4.1 静电与静电场法 《电工技术基础与技能》（机械版•第3版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.牢记静电的产生、电场强度等基本概念与公式。 2.熟知电容器结构、原理及串并联电容的计算。 能力目标 1.能够运用静电知识解释常见的静电现象原理。 2.熟练操作万用表对电容器进行检测与判断好坏。 情感目标 1.培养对电学知识的兴趣和探索精神。 2.增强安全用电意识，重视静电危害的防范。 项目4 静电场与电容 导入情景 01 为什么梳子会吸引纸屑呢？这和我们今天要学习的静电知识有什么联系呢？ 新知学习 02 一、静电 【静电的定义】 带有电荷的物体称为带电体，如果物体所带电荷相对静止，则称物体带有静电。 【正负静电荷】 在自然界中，各种物质都是由原子组成的，原子由原子核(原子核带正电)和核外电子(电子带负电)组成。 新知学习 02 一、静电 【静电荷的产生】 产生静电的原因一般是由于物体的相互摩擦和带电体的相互感应在中学物理课中我们学习了摩擦起电。 如用丝绸和玻璃棒摩擦可使玻璃棒中的电子转移到丝绸上，使玻璃棒带正电;在干燥季节，化纤衣服与身体摩擦产生静电，在脱衣服时会产生啪的放电声:飞机在飞行过程中与空气摩擦使飞机带电;夏天的雷云在形成过程中由于相互摩擦而带上不同的电荷，带有大量不同极性电荷的雷云接触时产生中和放电，发出电闪雷鸣:处于电场中的物体在电场力的作用下产生感应静电:在工程中使用的静电是由静电发生器产生的，它将低电压通过电子电路升到20~30kV 的高电压，并作用在电路的两个电极上形成高场强静电场，用以激发大量的静电荷。 新知学习 02 二、静电场和电场强度 【静电场定义】 静电荷激发的电场称为静电场。 由实验可知，两个带有电荷的物体之间有力的作用。其受力方向根据所带电荷的极性不同，为同极性相斥、异极性相吸。 【电场强度定义】 在电场中的任一点，实验电荷所受电场力F与电荷量Q之比，称为该点的电场强度，用E表示，其数学表达式为 E=F/Q 新知学习 02 二、静电场和电场强度 电场强度是矢量，其方向与正电荷在该点所受力的方向相同 新知学习 02 三、静电场中的导体 导体的静电平衡条件 当将不带电的(导体中的正负电荷中和，不显电性)导体放人由正、负电荷激发的匀强电场E0中导体在外电场的作用下，负电荷受引力向左移动;正电荷受斥力向右移动。 新知学习 02 三、静电场中的导体 由于导体的两端产生了电荷的堆积，在导体内形成一新的附加电场，此电场和外电场方向相反，如图中所示。导体内的总电场E=E0-E'，当内电场和外电场大小相等时，E0=E'，在导体内的总电场E=0，导体中的电荷停止移动，即达到静电平衡。导体中的总电场E=0称为电场中导体的静电平衡条件。 新知学习 02 三、静电场中的导体 静电中的空腔导体 【空腔外电场】 由金属组成的空心物体，称为空腔。如果有一空腔导体处于外电场中根据导体的静电平衡条件，空腔内的电场强度为零，即导体内不受外电场的影响。 新知学习 02 三、静电场中的导体 【空腔内有带电体】如图 4-4a所示，空腔内有带电体。根据导体的静电平衡条件，在空腔的内表面和外表面上产生感应电荷，使空腔的内、外表面之间的导体部分的电场强度为零。这样，空腔外表面产生感应电荷，这将影响腔外的电场分布。 新知学习 02 三、静电场中的导体 静电屏蔽 在电子、电器设备中，为了使其不受外电场的干扰或不对外产生干扰，要采取静电屏蔽措施。根据空腔屏蔽原理，将需要被屏蔽的元器件、设备等放在金属壳或金属网中，可得到很好的屏蔽作用， 新知学习 02 四、带电导体的电荷分布与尖端放电 【带电导体的电荷分布】当带电导体所带的为同一种电荷时，由于同极性相斥，使电荷在导体中的分布有以下规律:面电荷密度的大小与表面的曲率有关，表面曲率大的地方电荷密度大;表面曲率小的地方电荷密度小。具体地说，导体表面凸出且尖锐的地方电荷密度大;表面较平坦的地方电荷密度小:表面凹进去的地方电荷密度更小。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 电感器的单位是（ ）。 A. 亨利 B. 安培 C. 伏特 D. 欧姆 答案：A 解析：电感器的单位是亨利，简称亨（H），它是表示电感器产生自感电动势本领的物理量。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 在三相交流电路中，如果三相负载对称，则中性线中的电流为（ ）。 A. 零 B. 最大 C. 最小 D. 无法确定 答案：A 解析：在三相交流电路中，如果三相负载对称，则中性线中的电流为零，因为此时三相电流的大小相等、方向相反，它们在中性线中相互抵消。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 在直流电路中，如果开关断开，则电路中的电流为（ ）。 A. 最大 B. 最小 C. 零 D. 无法确定 答案：C 解析：在直流电路中，如果开关断开，则电路处于开路状态，此时电路中的电流为零。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 在电路中，用来消耗电能的装置是（ ）。 A. 电源 B. 负载 C. 导线 D. 开关 答案：B 解析：负载是电路中用来消耗电能的装置，它将电能转化为其他形式的能量。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 在电阻并联电路中，通过各电阻的电流之和（ ）。 A. 等于总电流 B. 小于总电流 C. 大于总电流 D. 无法确定 答案：A 解析：在电阻并联电路中，通过各电阻的电流之和等于总电流，因为并联电路中各支路的电流是独立的，它们之和等于总电流。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 在交流电路中，如果电压的有效值不变，频率增大，则电感对电流的阻碍作用会（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 答案：A 解析：在交流电路中，电感对电流的阻碍作用与频率成正比，因此如果电压的有效值不变，频率增大，则电感对电流的阻碍作用会增大。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 在直流电路中，如果电源电压不变，电阻减小，则电流会（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 答案：A 解析：根据欧姆定律I=U/R，在电源电压U不变的情况下，电阻R减小，则电流I会增大。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 在电路中，用来控制电路通断的装置是（ ）。 A. 电源 B. 负载 C. 导线 D. 开关 答案：D 解析：开关是电路中用来控制电路通断的装置，它可以通过闭合或断开电路来改变电路的工作状态。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 在交流电路中，如果电压的瞬时值表达式为u=220√2sin(100πt)V，则该交流电的频率为（ ）。 A. 50Hz B. 100Hz C. 25Hz D. 5Hz 答案：A 解析：根据交流电的瞬时值表达式u=Umsin(ωt)，其中ω为角频率，它与频率f的关系为ω=2πf。将给定的瞬时值表达式中的角频率ω=100π代入，得到f=50Hz。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 在电阻串联和并联电路中，总功率分别等于（ ）。 A. 各电阻功率之和、各电阻功率之和 B. 各电阻功率之和、各电阻功率之积 C. 各电阻功率之积、各电阻功率之和 D. 各电阻功率之积、各电阻功率之积 答案：A 解析：在电阻串联电路中，总功率等于各电阻功率之和，即P=P1+P2+...+Pn；在电阻并联电路中，总功率也等于各电阻功率之和，因为并联电路中各支路的功率是独立的，它们之和等于总功率。 在本次课程中，我们全面学习了静电与电容相关知识。对于静电，明确了其定义为相对静止的电荷，通过摩擦、感应等方式产生，如常见的衣物摩擦起电。理解了静电场强度的计算及方向规定，认识到静电在导体中的平衡条件，以及空腔导体的屏蔽原理和带电导体电荷分布规律，像避雷针利用尖端放电原理避雷。 在电容方面，掌握了电容器由两块绝缘导体构成，能储存和释放电场能量，学会运用公式计算电容，并了解了电容器串联和并联时电容的变化规律。通过本节课学习，我们构建了静电与电容的知识体系，为深入学习电学知识、分析电路和理解电器设备原理奠定了基础，也增强了对生活中静电现象的解释和应对能力。 课堂小结 04 课堂小结 04 作业布置 05 解释飞机飞行时产生静电的原因并简述其危害。 计算给定极板电荷和电压下电容器的电容值。 感谢观看 $$