9.4 静电的防止与利用（同步课件）--【大单元教学】高二年级物理上册同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第九章 第四节 静电的防止与利用 【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）   目录 contents 01 静电平衡 02 03 04 05 尖端放电 静电屏蔽 静电吸附 课堂练习 思考：油罐车底部为什么会安装静电带？ 运输过程中，燃油会不断的晃动，燃油车和油罐摩擦产生静电，可能产生电火花发生爆炸。油罐车安装静电带能把静电导入大地，保证油罐车的安全。加油站工人人员加油是也必须去静电，是一样的道理。 情境导入 情境导入 第4节 静电的防止与利用 自然界到处都有静电。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。在生活中我们既要利用静电带来的好处，有要防止静电带来的危害。 本节课，我们一起来学习静电的防止与利用！ 知识点1：静电平衡 思考：把一个不带电的导体ABCD放入电场强度为E0的电场中，导体会出现什么现象？ 静电感应 01 - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + E0 （1）自由电子会如何移动？ 向左运动 （2）自由电子会在什么地方积聚？ 左侧表面 （3）导体内部的电场会发生什么变化？自由电子是否还会继续移动？ 金属导体的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷，感应电荷激发电场E′,原电场E0和感应电场E'方向相反，当E0=E′，此时导体内合场强为0，自由电子不在发生定向移动。 E' 静电平衡 02 E0 - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + 静电平衡： 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E′和原电场E0在导体内叠加为零，即E′=E0时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。 E' E内合=0 （1）导体内部的场强处处为零 （2）电荷分布在导体的外表面 （3）导体表面的电场不为0，但导体外部电场线与导体表面垂直 静电平衡状态下的导体 03 若E内≠0，内部电荷还会继续移动 若导体表面的电场线与表面不垂直，则沿该点的表面就有一场强的分量，电荷在这一场强的分量作用下，会继续定向移动，说明还未达到静电平衡状态。 外表面的电荷是净电荷 静电屏蔽实验观察 04 视频：静电屏蔽 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 静电平衡时导体上电荷的分布特点： 结论1：导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。 结论2：在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大。 实验演示1：法拉第圆筒（点击播放） 实验演示2：不规则带电体（点击播放） 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 均匀球形导体 枕形导体 静电平衡时导体上的电荷分布 导体上越尖锐的地方电荷的密度越大，周围的场强也越大。这种特点可以加以应用吗？ 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 孤立导体本身带电，带电体处于静电平衡，所带电荷分布在外表面 感应起电的静电平衡 孤立带电体 导体AB中处于C的电场中，由于静电感应，导体AB产生的感应电荷处于静电平衡状态。 C 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 【拓展1】远近法：处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的部分感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生，如下图所示。 + + + - - - 不带电的空心球，在电场中电荷重新分布 + + + + + + + - - - - - - 将带正电的小球放在空心球中，电荷重新分布 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 【拓展2】“整体”法：“两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，可以把它们看作一个整体，再用“远近”法判断它们的带电情况。 ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ Q 带负电的空腔，通过导线连接空腔内部和不带电的小球，最终小球带负电 带负电的空腔，通过导线连接空腔外部和不带电的小球，最终小球带负电 用导线连接带电体内部或外部时，可将它们视为整体，故小球Q均带负电。 ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ Q 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 + + + + + + 带正电的导体空腔 + + + + + + ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ 导体空腔内放置一个正电荷 + ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ ➖ + 导体空腔内放置一个正电荷，且空腔接地 静电平衡时导体上电荷的分布特点 04 + + + + + + 带正电的导体空腔内部用导线连接不带电的金属球 ➖ ➖ ➖ ＋ ＋ ＋ 空腔外放置正点电荷 + + + + + + + 带正电的空腔用导线连接空腔内部和外部的金属球 + 典例分析 05 【典例1】（多选）一个不带电的空腔导体放入匀强电场E0中，达到静电平衡后，导体外部电场线分布如图所示。W为导体壳壁，A、B为空腔内两点。下列说法正确的是（　　） A．感应电荷在A、B两点场强相等 B．金属导体内外表面存在电势差 C．金属发生感应起电，左端外表面的感应电荷为负， 右端外表面的感应电荷为正 D．金属处于静电平衡时，金属内部的电场强度与静电场E0大小相等、方向相反 AC 典例分析 05 【典例2】如图所示，较厚的空腔导体中有一个正电荷，图中a、b、c、d各点的电场强度大小顺序为（　　） A． B． C． D． B 详解见下页 典例分析 05 【详解】当静电平衡时，空腔球形导体内壁感应出负电荷，外表面感应出正电荷，画出电场线的分布如图所示 由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线更疏，b处电场强度为零，则 典例分析 05 【典例3】在点电荷﹣Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中P点所激发的场强E′的方向在图中正确的是（　　） 【解析】金属圆盘处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即金属圆盘内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷﹣Q在那点产生的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷﹣Q的电场线重合，且方向相反。负点电荷在P点激发的场强指向负点电荷，所以感应电荷在盘中P点所激发场强E′背离负点电荷。故A正确，BCD错误 知识点2：尖端放电 问题情景 思考：高大建筑物的顶端为何都安装与大地连接的尖端金属杆（即避雷针）？ 提示：高大建筑物顶端安装与大地连接的尖端金属杆(避雷针)，通过尖端放电，其目的是防止雷击，保护建筑物。 尖端放电 01 ▲导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动 ▲带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离 （1）空气的电离：强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。 尖端放电 01 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，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。 尖端放电原理： ▲新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离 ▲电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动 ▲导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动 ▲带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离 尖端放电的应用和防止 02 - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + 导体尖端电荷密度大 尖端周围电场强 空气中残留带电粒子剧烈运动 分子中正负电荷分开 正负电荷奔向异种电荷 相当于尖端失去电荷 尖端放电 应用：避雷针 避雷针必须可靠接地 尖端放电的应用和防止 02 1.防止： 2.现象： 尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。 夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电现象。 应用：高压设备 知识点3：静电屏蔽 静电屏蔽视频 静电屏蔽的特征 01 导体达到静电平衡时，内部场强处处为0.若是带有空腔的导体，导体壳内空腔里的电场强度也处处为0。无论导体外部电场如何，导体内部都不会有电场存在，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，导体壳的这种作用叫作静电屏蔽。 金属网罩能遮挡外电场对网内验电器的影响 静电屏蔽的两种情形 02 情形1：导体内部空腔不受外界电场的影响，此种情形叫外屏蔽。 现象：由于静电感应，验电器箔片张开。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，即外部电场影响不到导体内部。 静电屏蔽的两种情形 02 情形2：接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间，这种屏蔽叫作全屏蔽，又称内屏蔽。 外壳未接地时，壳外E≠0 外壳接地后，内部电荷对外界无影响，外部电场强度E=0 静电屏蔽实验视频 03 静电屏蔽的应用 04 电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层金属等。 静电屏蔽的应用 04 超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。 典例分析 05 【典例4】如图所示，P是一个带电体，S代表放在绝缘板上的一些小纸屑，而N是一个不带电的空金属球。那么，各图中的纸屑S不会被其带电体P吸引的是（　　） 【详解】A．由于空腔金属球（或者网罩）无论是否接地，都能把外部的电场屏蔽起来不让它影响内部，A正确； B．若把空腔金属球（或者网罩）接地，就能够把内部带电体的电场屏蔽起来不让它影响外部电器，B项中金属球未接地，金属球内表面和外表面都有感应电荷，纸屑S会被其带电体P吸引。B错误； CD．C、D中带电体与纸屑在同一空间中，不够成静电屏蔽，会被吸引，CD错误。 故选A。 A 典例分析 05 【典例5】将带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，另一带负电的小球B向C靠近，结果将（　　） A．A向左偏离竖直线，B向右偏离竖直线 B．A位置不变，B向右偏离竖直线 C．A向左偏离竖直线，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 【详解】由于金属空腔可以屏蔽外部电场，所以小球B的电场对金属空腔C内无影响，即金属空腔C把小球A屏蔽了，使得小球A不受空腔外电场的影响，故小球B向C靠近，小球A的位置不变。而小球A在金属空腔C内，由于静电感应使得金属空腔C外表面带正电而与小球B互相吸引，所以小球B向C靠近，小球B由于被吸引而向右偏离竖直线。 典例分析 05 【典例6】在如图所示的实验中，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？ 【详解】A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场； B中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响； C中不会张开，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。 知识点4：静电吸附 静电除尘 01 静电除尘的原理：带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 ▲A接到几千伏高压电源的正极，B接到高压电源的负极，B附近的电场更强，B附近的空气分子更容易被电离； ▲电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电。 接负高压的涂料雾化器 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + 工件 ▲接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，这就是静电喷漆。 静电喷漆 02 静电复印 03 ▲利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。 典例分析 04 【典例7】空气净化器及其原理示意图如图所示。污浊空气通过过滤网后尘埃带电，图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极（接地）。下列表述正确的是（　　） A．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 D 典例分析 04 【典例8】在手术时，为防止麻醉剂爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套，一切设备要有良好的接地，这是为了（    ） A．除菌消毒 B．防止漏电 C．利用静电 D．消除静电 D 课堂小结 课堂练习 课堂练习 1．判断下列说法的正误并和同学交流（正确的打“√”，错误的打“×”）。 (1)静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为0。( ) (2)处于静电平衡状态的导体，导体内部无电场。( ) (3)所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为0。( ) (4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。( ) (5)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中的感应电荷中和。( ) (6)在印染厂中保持适当的湿度，是为了防止静电的危害。( ) √ × × × √ √ 课堂练习 2．（多选）关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是（　　） A．静电感应是导体内的自由电子受静电力作用的结果 B．导体内的自由电子都不运动称为静电平衡 C．处于静电平衡状态时，导体所占空间各处场强均为零 D．处于静电平衡状态时，导体内部将没有多余的净电荷 AD 课堂练习 3．静电喷涂时，喷枪喷出的物料微粒带电，在带有正电的被喷工件的静电作用下，向被喷工件运动，最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中（　　） A．涂料微粒带正电 B．离工件越近涂料微粒所受库仑力越小 C．电场力对涂料微粒做负功 D．涂料微粒的动能增大 D 课堂练习 4．如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、场强大小为E的匀强电场时，下列说法正确的是（      ） A．验电器的箔片张开 B．金属网罩内部空间存在向右的匀强电场 C．金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间 产生的电场方向水平向左 D．金属网罩内外表面都存在感应电荷 C 课堂练习 5．物理和生活息息相关，下列有关静电的防止与利用， 说法正确的是（    ） A．甲图中， 工作人员给车加油前触摸静电释放器，可将加油枪的静电释放到大地 B．乙图中，静电除尘装置将带负电的尘埃收集在中间的线状电离器B上 C．丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的现象 D．丁图中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力 C 课堂练习 6．如图所示，原来不带电的金属球，现沿球直径的延长线上放置一个点电荷，球内直径上三点a、b、c，三点场强大小分别为、、三者相比（　　） A．最大 B．最大 C．最大 D． D 课堂练习 7．如图所示，绝缘金属球壳的空腔内、外各有一小球B和A，球壳接地。下列说法正确的是（　　） A．若A球带电，则球壳内的B球处的电场强度为零 B．若B球带电，则A球处的电场强度不为零 C．若A球和B球均带电，则彼此也不会相互影响 D．若A球和B球均带电，则由于球壳接地，A球 对B球没有影响，但B球对A球有影响 AC 课堂练习 8．如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则（　　） A．A球带负电荷，B球带正电荷 B．A球带负电荷，B球不带电 C．A、B两球都带负电荷 D．A、B两球都带正电荷 B 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后“练习与应用”作业 自主安排 配套同步分层作业 54 2025 Thank you for watching! 谢谢观看 $$