9.4 静电的防止与利用 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章 静电场及其应用 高中物理人教版（2019）必修三教学课件 第四节 静电的防止与利用 素养目标 1.知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态 2.理解导体达到静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部的电场强度处处为0 3.知道导体达到静电平衡时，导体上的电荷分布特点及尖端放电原理，会解释避雷针的原理 4.知道静电屏蔽及其应用 新课导入 DISIZHANG 第四章 自然界到处都有静电。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？ 静电有其有利的一面，也有有害的一面，做好静电的防止和利用就显得尤为重要。 新课讲解 一、静电平衡 — — — — — — — — — 1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。 2.导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场。 3.感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部电场强度减弱，感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。导体内部自由电子不再发生定向移动。 + + + + — — — — 1.静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象时，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部电场强度减弱，直至为零，导体内部自由电子不再发生定向移动的状态。 2.处于静电平衡状态下导体的特征 ①内部的电场强度处处为0。 外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零，E′＝－E. ②导体表面附近任意一点的电场强度方向与该点的表面垂直。 ③静电平衡状态下的导体是个等势体，表面是个等势面。 DISIZHANG 第四章 3.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1：法拉第圆筒实验 实验2：不规则带电体 4.静电平衡时导体的电荷分布 ①静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 ②处于静电平衡状态的导体，在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围电场强度越大。而凹陷的位置几乎没有电荷。 均匀球形导体 枕形导体 二、尖端放电 DISIZHANG ▲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 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。 ▲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 导体尖端的电荷密度很大，因此，使空气分子电离的现象更容易发生在导体的尖端。 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，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。 尖端放电的应用 ——燃气灶的点火器 应用：高压设各中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失成事故。安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击。 三、静电屏蔽 金属网罩外部的电场线 最终的电场线 导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。 1.静电屏蔽现象 处于静电平衡状态的导体，内部空间电场强度处处为0 可以利用金属壳或金属网封闭某一区域使该区域不再受外在电场的影响。这一现象称为静电屏蔽。 内屏蔽：金属壳可以屏蔽内电场 外屏蔽：金属壳可以屏蔽外电场 + - + - + - + E=0 2.特点：外部的电场对导体内部没有影响 实质:静电屏蔽的实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷产生的电场和外加电场的矢量和为零，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 3.应用：(1)生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如：电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。 (2)静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此来保护高压输电线不受雷击。 电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层金属等。 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。 四、静电吸附 (1)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。 (2)静电除尘:设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来,这就是静电除尘。 ▲B附近的空气中气体分子被电离 ▲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 静电吸附的原理：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。 (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，在静电力的作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 (4)静电复印:复印机也应用了静电吸附 接负高压的涂料雾化器 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + ③静电复印 复印机也应用了静电吸附。复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体 。没有光照时，OPC 是绝缘体，受到光照时变成导体。静电复印的工作流程如下： ▲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。 例题与练习 例1.关于静电平衡，下列说法中正确的是( ） A．当导体达到静电平衡时，导体内部场强处处为0 B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直 C．绝缘体也有静电平衡状态 D．达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面 ABD 例2.把一个带正电的小球 A，放入带绝缘支架的不带电的空心球壳 B 内，但不与 B 的内壁接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法中正确的 （ ） A. 球壳 B 内空腔处场强为零 B. 球壳 B 外部空间的场强为零 C. 球壳 B 内表面上无感应电荷 D. 若将球壳 B 接地，则球壳带负电 + B A D 例3.下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有（ ） AD 1.静电除尘机原理如图所示，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区，带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。图中虚线为电场线(方向未标出)。实曲线是某尘埃颗粒的运动轨迹，A、B是尘埃颗粒运动轨迹与电场线的两个交点，不考虑尘埃颗粒在迁移过程中的相互作用和电荷量变化，不计空气对尘埃颗粒的作用力和尘埃颗粒的重力，下列说法正确的是( ) A.A点场强比B点场强小 B.该尘埃颗粒在迁移过程中动能先减小后增大 C.该尘埃颗粒在迁移过程中做匀变速曲线运动 D.该尘埃颗粒在A点的电势能低于在B点的电势能 练习 2.如图所示为静电除尘器除尘机理的示意图。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 B.电场方向由放电极指向集尘极 C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 3.从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，联系生活实际加强对物理基本概念的认识和理解，是学好物理的基础，下列有关电学知识的说法正确的是( ) A.图甲中超高压带电作业的工作人员，为了保证安全，他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服B.图乙中家用煤气灶的点火装置，是根据静电屏蔽的原理制成的 C.图丙为避雷针的示意图，避雷针是在高大建筑物屋顶插入的一根尖锐导体棒，用地引线将其与接地装置连接可防止建筑物被雷击 D.图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀 PART-05 课堂小结 静电的防止与应用 （1）静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态. （2）尖端放电：空气中电离的带电粒子与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷. （3）静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场强度处处为零，外电场对壳内不会产生影响. （4）静电吸附：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. 内部场强处处为零 THANKS! 感谢观看 Lavf58.12.100 $$