9.4静电的防止与利用 导学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版（2019）物理（必修第三册） 第九章 静电场及其应用 4．静电的防止与利用 【课标要求】 掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的过程．使学生了解生产生活中关于静电的利用与防护． 【学习目标】 1. 描述静电平衡状态和导体的电荷分布，包括尖端放电． 2. 解释静电屏蔽效应及静电技术在除尘、喷漆和复印中的应用． 3. 应用电场知识分析静电现象，探索预防和利用静电的方法． 【学习重难点】 重点：理解静电平衡的概念及特征． 难点：应用静电平衡知识认识导体的电荷分布特点、尖端放电和静电屏蔽等现象． 课本导练 预备知识 1. 静电平衡：_______________________________________________． 2. 尖端放电：_______________________________________________． 3. 静电屏蔽：_______________________________________________． 预习自测 1．在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体．点火器的放电电极是钉尖形（图）．这是为什么？与此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？ 2．当我们使用有线话筒扩音时，有些由于周围环境中的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大，影响扩音的效果．因此，很多优质的话筒线在构造上都采取了防护措施．请观察图的话筒线，你知道它采用了什么方法防止干扰信号从话筒线上侵入吗？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示． 1. 如图，将带正电荷 的导体球 靠近不带电的导体．若沿虚线1将导体分成 、 两部分，这两部分所带电荷量分别为 、 ；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为 和 ． （1）请分别说出以上四个部分电荷量的正负，并简述理由． （2）请列出以上四个部分电荷量（绝对值）之间存在的一些等量关系，并简述理由． 2. 在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连．在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕．当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕． 起电机摇动时，塑料瓶内哪里电场强度最大？是锯条附近还是金属片附近？若锯条接电源负极，金属片接正极，这些烟尘最终到哪里去了？ 点评点拨 一、静电平衡 静电感应现象： 把导体放入电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象． 静电平衡状态： 导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合场强等于零，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态． 静电平衡的实质： 金属导体放到场强为E0的电场中，金属中的自由电子在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场E'，导致合场强减小．当感应电荷继续增加，合场强继续减小，合场强为零时，自由电子的定向移动停止． 静电平衡时，导体上的电荷分布规律： 1. _________________________________________ 2. _________________________________________，如图甲所示． 3. _________________________________________，如图乙所示． 甲　　　　　　　　　　乙 例1． 如图所示，一个带负电的金属球放在绝缘的支架上，处于静电平衡状态，金属球内部的电场强度大小为E1，若减少金属球的带电荷量，再次处于静电平衡状态后，金属球内部的电场强度大小为E2，则（ ） A．E2＜E1 B．E2＞E1 C．E2＝E1 D．无法确定 变式1． 如图所示为某带电导体四周的电场线分布，M、N是电场中两点，则（ ） A．导体左侧带正电，右侧带负电 B．导体左侧的电荷分布密度大于右侧 C．M点的电场强度大于N点的电场强度 D．导体内部的P点场强为零 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷在其内部某一点产生的场强的方法是： 1. ______________________________________________ 2. ______________________________________________ 3. ______________________________________________ 二、尖端放电 空气的电离 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，周围的电场强度越大．在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离．这个现象叫作空气的电离． 尖端放电的原理 导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后产生的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． 尖端放电的应用与防止 应用：一般的电子打火装置、避雷针、工业烟囱除尘的装置利用的都是尖端放电的原理． 防止：高压设备中导体的表面应该尽量光滑，可以避免尖端放电从而减少电能的损失． 例2． 从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，联系生活实际是学好物理的基础。下列有关电学知识的相关说法，不正确的是（ ） A．图甲中工作人员在超高压带电作业时，穿用金属丝编制的工作服比绝缘橡胶服更安全 B．图乙中家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电的原理而制成的 C．图丙中避雷针的示意图，是在高大建筑物顶部插入一根尖锐的导体棒接地引线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力作用下喷涂更均匀 三、静电屏蔽 定义 当金属壳达到静电平衡状态时，内部没有电场，因金属壳会对其内部起保护作用，使它内部不受外部电场的影响． 静电屏蔽的实质 金属壳内感应电荷产生的场强和外加电场产生的场强矢量和为零，就像是金属壳将外电场“挡”在外面． 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 最终结论 本质 例3． 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验电器．下列说法中正确的是（ ） A．验电器的箔片会张开 B．金属网外表面带负电荷，内表面带正电荷 C．金属网罩内部电场强度为零 D．金属网的电势比验电器箔片的电势高 四、静电吸附 静电吸附的原理 在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上．这一原理被广泛应用于生产技术中． 静电吸附的应用 在生产和生活中，静电吸附的应用十分广泛，如静电除尘、静电喷涂、 静电复印等． 例4． 对于以下四幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法不正确的是（ ） A．甲图中燃气灶电子点火器点火应用了尖端放电的原理 B．乙图中摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，说明羽毛带有与琥珀所带电性相同的电荷 C．丙图中机翼上有多条针一样的装置可以导走飞机与大气摩擦产生的静电荷 D．丁图中金属编织网包裹着导体线芯利用了静电屏蔽原理降低干扰 小结小测 一、课堂小结 1．静电屏蔽、静电平衡、尖端放电、静电吸附的实质是什么？我们生活中都有哪些设备或者现象是与这些知识息息相关的？ 二、课堂小测 1. 处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零．（ ） 2. 静电平衡时，导体内部表现为电中性，净电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷．（ ） 3. 一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点．（ ） 4. 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通过导线导入大地．（ ） 5. 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．（ ） 6. 某款高压作业服是用铜丝编织的，目的是利用铜丝衣服的屏蔽作用，使体内场强为零． （ ） 【参考答案】 例1 C 变式1 D例2 D例3 C例4 B 二、课堂小测 1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.× 6.√ 学科网（北京）股份有限公司 $$