第9章 第4节 静电的防止与利用-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课件(人教版)
2025-02-20
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 4. 静电的防止与利用 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 3.49 MB |
| 发布时间 | 2025-02-20 |
| 更新时间 | 2025-02-20 |
| 作者 | 山东众旺汇金教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 名师导航·高中同步 |
| 审核时间 | 2025-02-20 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/50513984.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
第九章 静电场及其应用
第4节 静电的防止与利用
2
学习
任务
1.知道静电平衡的概念,理解静电平衡的形成过程,知道静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0。
2.知道静电平衡状态下导体上电荷的分布规律。
3.了解尖端放电现象、静电屏蔽现象及其应用。
4.了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。
第4节 静电的防止与利用
课时分层作业
关键能力·情境探究达成
学习效果·随堂评估自测
3
关键能力·情境探究达成
01
知识点一 静电平衡
知识点二 尖端放电
知识点三 静电屏蔽
知识点四 静电吸附
第4节 静电的防止与利用
课时分层作业
关键能力·情境探究达成
学习效果·随堂评估自测
4
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,在导体的两侧感应出____的现象。
2.静电平衡状态:导体内的自由电子不再发生________的状态。
3.导体内部电场强度特点:处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度_______。
电荷
定向移动
处处为0
第4节 静电的防止与利用
课时分层作业
关键能力·情境探究达成
学习效果·随堂评估自测
如图所示,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,使导体两端出现等量异种电荷。
请思考下列问题:
(1)自由电子定向移动的原因是什么?定向移动的方向又
如何?
(2)自由电子能否一直定向移动?为什么?
提示:(1)静电力 与电场强度方向相反 (2)不能,自由电子也形成电场E′,当E′=-E0时,不再定向移动。
第4节 静电的防止与利用
课时分层作业
关键能力·情境探究达成
学习效果·随堂评估自测
1.对静电平衡的三点理解
(1)静电平衡是自由电子发生定向移动的结果,达到静电平衡时,自由电子不再发生定向移动。
(2)导体达到静电平衡后内部电场强度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′的合电场强度为零,即E′=-E。
(3)处于静电平衡的导体,表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。
第4节 静电的防止与利用
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2.处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(1)净剩电荷只分布在导体外表面,内部没有净剩电荷。
(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)净剩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。
第4节 静电的防止与利用
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关键能力·情境探究达成
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3.处于静电平衡的导体周围的电场分布情况
静电平衡的导体尖端电荷集中,电荷电场线密集。
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4.感应电荷电场强度的求解思路
(1)先求解外电场在该处电场强度的大小和方向。
(2)再利用导体内部合电场强度处处为零和电场的叠加原理,求解感应电荷在该处的电场强度,此电场强度与外电场的电场强度大小相等,方向相反。
第4节 静电的防止与利用
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角度1 对静电平衡的理解
【典例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分布情况正确的是( )
A B C D
√
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A [导体处于静电平衡状态时,导体内部电场强度处处为0,感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场的电场强度大小相等,方向相反,故A正确,B、C、D错误。]
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[跟进训练]
1.如图所示,将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧,当金属球达到静电平衡时,下列判断正确的是( )
A.金属球将产生出正电荷
B.金属球左侧将出现负的净剩电荷
C.点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零
D.A的内部合电场强度处处为零
√
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D [由于静电感应,金属球左侧带正电,右侧带负电,A、B错误;点电荷在球心处产生的电场强度不为零,C错误;A的内部合电场强度处处为零,D正确。]
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角度2 利用静电平衡的特点求解电场强度
【典例2】 长为l的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为+q的点电荷放在距棒左端R处,如图所示。当棒达到静电平衡时,求棒上感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度。
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[解析] 导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感应,左端感应出负电荷,右端感应出正电荷,棒中任何一点都有两个电场,即外电场(+q在该点形成的电场E0)和感应电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E′),达到静电平衡时E′=E0。棒的中点与点电荷+q的距离r=R+,于是有E′=E0=,E′和E0方向相反,即E′方向向左。
[答案] 方向向左
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解题技巧 求处于静电平衡状态的导体内部某点感应电荷产生的电场强度的方法
(1)求出外电场在所求点的电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态,则导体内部各点满足静电平衡条件E合=0。
(3)由E合=E外+E感=0,求出感应电荷在所求点电场强度E感的大小和方向。
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[跟进训练]
2.图中接地金属球A的半径为R,球外点电荷的电荷量为Q,到球心的距离为r。金属球上的感应电荷的电场在球心的电场强度大小等于( )
A.k B.k
C.0 D.k
√
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D [静电平衡时球心处的电场强度为零,根据点电荷电场强度公式求得点电荷Q在球心处的电场强度大小E=,则金属球上的感应电荷在球心处产生的电场强度大小与点电荷Q在球心处产生的电场强度大小相等,为E′=E=,故D正确。]
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知识点二 尖端放电
1.电离:导体尖端的电荷密度____,附近的电场强度____,空气中的带电粒子剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷____的现象。
2.尖端放电:导体尖端的强电场使附近的空气电离出带电粒子,那些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,与尖端的电荷____,相当于导体从尖端失去电荷的现象。
越大
越大
分离
中和
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3.尖端放电的应用与防止
(1)应用:______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____,减少电能的损失。
避雷针
光滑
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体验 思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。 ( )
(2)为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形。 ( )
(3)为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要尽量光滑。 ( )
√
×
√
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知识点三 静电屏蔽
1.静电屏蔽:把一个电学仪器放在____的金属壳(网)里,即使壳(网)外有电场,由于__________________保持为零,外电场对壳(网)内的仪器不会________的现象。
2.静电屏蔽的应用:电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方有________与大地相连。
提醒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。
封闭
壳(网)内电场强度
产生影响
两条导线
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(1)某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究,如图所示,发现高压作业服是用铜丝编织的,你能告诉他其中的原理吗?
(2)高压输电线上方架着的与大地相连的两条导线的目的?
提示:(1)静电屏蔽,将外面电场屏蔽掉,使电工不受影响。(2)形成了一个稀疏的金属网,以减小被雷击中的概率,利用了静电屏蔽。
第4节 静电的防止与利用
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1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象,使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽作用,其实是壳内两种电场并存,矢量和为零。
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2.静电屏蔽的两种情况
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产生的电场的合电场强度为零,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
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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
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 静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体
第4节 静电的防止与利用
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角度1 静电外屏蔽
【典例3】 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接触,达到静电平衡后,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
√
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[思路点拨] (1)因静电感应,带正电小球A可使金属壳内外表面产生感应电荷。
(2)金属壳B的外表面接地,外表面与大地间可通过接地线发生电荷的转移,最终使金属壳外表面不带电。
D [因为金属壳的外表面接地,所以外表面没有感应电荷,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,所以空腔内电场强度不为零,A错误。]
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[跟进训练]
3.如图所示,验电器A不带电,验电器B上装有带孔的空心金属球C,金属球C带电。D是带有绝缘手柄的金属小球,可以从C上方的小孔进入其内部。下列说法正确的是( )
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A.图甲中,使D跟C的外部接触,再让D跟A靠近时,A的箔片张开
B.图甲中,使D跟C的外部接触,再让D跟A接触时,A的箔片不张开
C.图乙中,使D跟C的内部接触,再让D跟A靠得更近些,A的箔片张开
D.图乙中,使D跟C的内部接触,再让D跟A接触,重复多次后,A的箔片张开
√
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A [空腔导体带电时净剩电荷分布于金属球外部,内部不带电,故让D先接触金属球C的外部,则D带上电荷,再让D跟A靠近时,由于发生静电感应,A的箔片张开,D跟A接触时,A的箔片也张开,故A正确,B错误;让不带电的D先跟C的内部接触,因为C的内部不带电,所以D始终不带电,再让D跟A靠得更近些或者接触,A的箔片始终不张开,故C、D错误。]
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角度2 静电内屏蔽
【典例4】 如图所示,用金属网把不带电的验电器罩起来,再使带电金属球靠近金属网,则下列说法正确的是( )
A.箔片张开
B.箔片不张开
C.金属球带电荷量足够大时才会张开
D.金属网罩内部电场强度不为零
√
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B [金属网是导体,从而形成了静电屏蔽,使金属网罩内部电场强度为零,验电器上端不会感应出电荷,所以箔片不张开,与金属球所带电荷量无关。故选B。]
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规律方法 处理静电屏蔽问题的三点注意
(1)空腔可以屏蔽外界电场作用,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)对静电感应,要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的,是如何建立起附加电场的,何处会出现感应电荷。
(3)对静电平衡,要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。
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[跟进训练]
4.如图所示,将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不跟球壁接触),再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近,但不接触时( )
A.小球A往左偏离竖直方向,小球B往右偏离竖直方向
B.小球A的位置不变,小球B往右偏离竖直方向
C.小球A往左偏离竖直方向,小球B的位置不变
D.小球A和B的位置都不变
√
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B [对A受力分析:由于静电屏蔽,B球对球壳里面没有影响,A球受力情况不变,A球位置不变,A、C错误;对B受力分析:球壳C不接地,A球对外界有影响,B球受到球壳的引力,B球向右偏离,B正确,D错误。]
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知识点四 静电吸附
静电吸附原理:在电场中,带电粒子受到静电力的作用,____电极运动,最后会被吸附在电极上。静电吸附的应用有:静电除尘、静电喷漆、静电复印。
向着
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自然界中到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动,生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。 在加油站给车加油前,为什么要触摸一下静电释放器?
提示:为了避免人体携带电荷,在接触金属加油枪时放电,放电产生静电火花,可能会引燃汽油,造成危险。
第4节 静电的防止与利用
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1.静电是如何产生的
两种不同的物体相互摩擦可以起电,甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失,而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电,并聚集起来,当达到一定的电压时就产生放电现象,产生火花并发出声响。
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2.静电的应用和防止
(1)静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨
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(2)静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走,避免越积越多。
防止静电的途径主要有:
①避免产生静电,例如,在可能情况下选用不易产生静电的材料。
②避免静电的积累,产生的静电要设法导走,例如,增加空气湿度、接地等。
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【典例5】 (多选)静电的应用有多种,如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等,它们依据的原理都是让带电的物质粒子在静电力作用下奔向并吸附到电极上,静电喷漆的原理如图所示,则以下说法正确的是( )
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可以带正电,也可以带负电
√
√
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AC [静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上,而达到喷漆的目的,A正确;由题图知,待喷漆工件带正电,所以涂料微粒应带负电,C正确,B、D错误。]
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5.如图所示为静电除尘示意图,m、n 为金属管内两点。在 P、Q 两点加高电压时,金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下,遇到烟气中的煤粉,使煤粉带负电,导致煤粉被吸附到管壁上,排出的烟就清洁了。就此示意图,下列说法正确的是( )
A.Q 接电源的正极,且电场强度Em=En
B.Q 接电源的正极,且电场强度 Em>En
C.P 接电源的正极,且电场强度 Em=En
D.P 接电源的正极,且电场强度 Em>En
√
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B [管内接通静电高压时,管内存在强电场,它使空气电离而产生电子和正离子,电子在静电力的作用下,向正极移动时,碰到烟尘微粒使它带负电。所以金属管Q应接高压电源的正极,金属丝P接负极,构成类似于点电荷的辐向电场,所以越靠近金属丝,电场强度越强,故A、C、D错误,B正确。]
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1.下列说法不正确的是( )
A.避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和
B.为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形
C.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状,这是为了防止尖端放电
D.为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要尽量光滑
√
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B [避雷针利用尖端放电的原理来避雷,必须做成针状,不能做成球形,带电云层靠近建筑物时,避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电,中和云层中的电荷,A正确,B错误;验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状,这是为了防止尖端放电,C正确;高压输电导线表面要尽量光滑,这样可以避免因尖端放电而损失电能,D正确。故本题应选B。]
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2.如图所示,接地的空心金属球壳B右侧有一原来不带电的枕形导体C,现将带正电的小球A置于空心金属球壳B的内部,则下列说法正确的是( )
A.球壳B带负电,枕形导体C的左端带负电
B.球壳B带负电,枕形导体C的左端带正电
C.球壳B带负电,枕形导体C的左端不带电
D.球壳B不带电,枕形导体C的左端不带电
D [A置于金属球壳B内部后,球内部感应出负电荷,由于球壳接地,球外部不带电,故枕形导体C的左端不带电,D正确。]
√
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3.以下关于静电屏蔽实验说法正确的是( )
A.甲图中验电器的金属箔张开
B.乙图中验电器的金属箔不会张开
C.丙图中验电器的金属箔不会张开
D.甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开
√
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C [题图甲中金属箔不会张开,金属网可以屏蔽外电场,故A、D错误;题图乙中金属箔会张开,因为金属网未接地,网内的带电体可以对外界产生影响,故B错误;题图丙中金属箔不会张开,因为金属网已接地,网内的带电体对网外无影响,网外的带电体对网内也无影响,故C正确。]
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4.如图所示,在玻璃管中心轴上安装一根直导线,玻璃管外绕有线圈,直导线的一端和线圈的一端分别跟感应圈的两放电柱相连。开始,感应圈未接通电源,点燃蚊香,让烟通过玻璃管冒出。当感应圈电源接通时,玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压,立即可以看到,不再有烟从玻璃管中冒出来了。
过一会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘。
请思考一下:这是什么原因?
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3
4
[解析] 静电除尘是指静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的除尘方法。在强电场中空气分子被电离为正离子和电子,电子奔向正极过程中遇到尘粒,使尘粒带负电吸附到正极。
[答案] 当感应圈电源接通时,玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压,形成强电场,烟尘颗粒都是带电的,在强电场中受静电力作用偏转后被吸附在管壁上。
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回归本节知识,自我完成以下问题:
1.如图所示,把一个不带电的金属导体ABCD
放到电场强度为E0的电场中。由于静电感应,在
导体AB侧的平面上和CD侧的平面上将感应出什
么电荷?
提示:在导体AB侧的平面上将感应出负电荷,在CD侧的平面上将感应出正电荷。
第4节 静电的防止与利用
课时分层作业
关键能力·情境探究达成
学习效果·随堂评估自测
2.静电平衡时,导体AB内部的电场强度有什么特点?
提示:处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为0。
3.什么叫作尖端放电?
提示:中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速,撞击空气中的分子,使它们进一步电离,产生更多的带电粒子。那些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,这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
第4节 静电的防止与利用
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4.尖端放电对高压设备有什么危害?应怎样减小危害?
提示:尖端放电会导致高压设备上电能的损失,所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。
5.野外高压输电线是怎样利用静电屏蔽的?
提示:野外高压输电线在三条输电线上方还有两条导线,它们与大地相连,形成一个稀疏的金属“网”,把高压线屏蔽起来,使其免遭雷击。
6.静电吸附主要有哪些应用?
提示:静电除尘、静电喷漆、静电复印等。
第4节 静电的防止与利用
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