9.4静电的防止和利用 课件-2025-2026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 9.4静电的防止和利用 人教版(2019)必修 第三册 2025/9/17 1 知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下导体的特点。 知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽、静电吸附现象及其应用 2 学习目标 2025/9/17 01 静电平衡 02 尖端放电 03 静电屏蔽 04 静电吸附 目录 2025/9/17 2025/9/17 在冬天穿衣、脱衣的时候，我们偶尔会被电到，俗称“静电”。 自然界到处有静电。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。加油站加油前，为什么必须用手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。 情境引入 金属导体内有大量自由电子在做无规则热运动。 一、静电平衡 回顾金属导体特征 电子 原子核 + A B 金属导体内的自由电子在电场力作用下将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷的现象。 - + 一、静电平衡 回顾静电感应现象 一、静电平衡 思考1：把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中， 根据金属的微观结构模型，自由电子怎样移动 E0 A C B D 在电场力的作用下，自由电子定向移动 一、静电平衡 A B C D AB端感应出负电荷，CD端感应出正电荷 E0 思考2：电子定向移动的结果 自由电子的定向移动使电子在AB端聚集，CD端正电荷“暴露”出来 一、静电平衡 思考3：感应电荷是否会在导体内产生感应电场E'，E'的方向如何 随着电子的定向移动，对导体内部的电场会产生怎样的影响 感应电场与外电场叠加，导体内部的电场减小 E0 - - + + E' E'与原电场E0方向相反 一、静电平衡 E' E0 - - + + E' E0 - - + + E0 思考4：导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗? 两端的感应电荷会无限增加吗? 导体两侧感应出的正负电荷在导体内部产生一个感应电场E' 感应电场与外加电场叠加抵消，直到导体内部各点的电场强度E=0 导体内自由电子不再发生定向移动，达到静电平衡状态 一、静电平衡 1.静电平衡状态定义： 放入电场中的导体，导体内自由电子不再发生定向移动的状态叫静电平衡状态。（表面也没有电荷定向移动） （1）导体内部场强处处为零， （2）导体外表面场强不为零，外表面场强方 向与导体表面垂直。 2.静电平衡状态下导体的的特点： 长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？ R L O +q 达到静电平衡后导体内部场强处处为0 E感方向与E外方向相反，即指向点电荷+q. 一、静电平衡 3.静电平衡状态感应电场电场强度计算： 一、静电平衡 4.静电平衡状态下导体中电荷分布： 一、静电平衡 4.静电平衡状态下导体中电荷分布： （1）、静电平衡时，导体内部没有净电荷（净电荷即正负电荷相互抵消后剩余电荷），电荷只分布在导体的外表面。 （2）、在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。。 一、静电平衡 练习： 1.处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。(　　) 2.静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。(　　) 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。(　　) × √ × 一、静电平衡 练习： 4.如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在由正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（　　）。 A.两点场强不相等， B.两点场强不相等， C.感应电荷产生的附加电场 D.当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 D 二、尖端放电 1.空气的电离 带电粒子把空气中 的气体分子撞散， 即使空气分子中的 正负电荷分离。 导体尖端的电荷 密度很大，附近 的电场很强。 空气中残留的带 电粒子在强电场 的作用下发生剧 烈运动。 - + + - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 二、尖端放电 2.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。 二、尖端放电 3.尖端放电应用 如建筑物安装的避雷针，当带电的雷云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气中释放，中和空气的电荷，保护建筑物，使其免遭雷击。 二、尖端放电 4.尖端放电防止 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，这是一种微弱的放电现象。 二、尖端放电 练习： 1.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。(　　) 2.避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。(　　) 3.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。(　　) 4.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。 (　　) × √ √ √ 三、静电屏蔽 思考：处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？ 由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，相当于遮挡了外界电场对它内部的影响，这种现象叫做静电屏蔽。 三、静电屏蔽 静电屏蔽的两种情况： 导体外部的电场影响不到导体内部(外屏蔽) 接地导体的内部电场影响不到导体外部(内屏蔽) 三、静电屏蔽 静电屏蔽应用 在输电线的上方还有两条导线，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。 避雷线 三、静电屏蔽 静电屏蔽应用 静电屏蔽的实质：利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零 电力工人高压带电作业，全身穿戴用金属纤维等导体材料制成的衣、帽、手套、鞋，对人体起到静电屏蔽作用。 静电屏蔽的特技表演 三、静电屏蔽 练习： 1.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 三、静电屏蔽 练习： 2.一群游客在新疆吐鲁番某沙漠景区自驾游时天色突变，眼见雷雨将至，随后沙丘高处的几名游客头发直立如同刺猬一般，如图所示。此时为了保障人身安全，下列避险方式最为有效合理的是（　　）。 A．躲进汽车里 B．往沙漠高处跑 C．用水将头发淋湿 D．蹲下并用手触摸地面 A 三、静电屏蔽 练习： 3、如图所示，用金属网将原来不带电的验电器罩起来，金属网接地（图中未画出），将带正电的金属球靠近验电器，图中两点和金属球的球心在同一直线上，点在金属网内，则下列说法正确的是（　　）。(多选) A.验电器内的箔片张开 B.若将金属网内部与验电器相连，则验电器内的箔片不张开 C.点的电场强度一定大于点的电场强度 D.点的电场强度一定小于点的电场强度 BC 四、静电吸附 思考：班级在布置元旦晚会的会场，需要把气球布置到墙上和黑板上，你有什么好办法吗？ 气球吹起后把它与窗户上的玻璃、黑板等摩擦几下，会产生静电，且带异种电荷，异种电荷相互吸引，所以气球会“沾”在玻璃、黑板上 四、静电吸附 静电吸附： 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。 静电吸附在生产技术的应用： 静电除尘、静电喷漆、静电复印。 四、静电吸附 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,成为正离子和电子,电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，会使带粉尘负电,带负电的粉尘在静电力的作用下，向着正极A运动，最后被吸附到正极A上。 （1）静电除尘 四、静电吸附 （2）静电喷漆 接负高压的涂料雾化器 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + 工件 用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。 四、静电吸附 （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： 四、静电吸附 练习： 1.下图是一种新颖的“静电”绝缘纤维布制成的预防新型冠状病毒肺炎口罩面料构成示意图。其中熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　） A．静电感应 B．摩擦起电 C．静电吸附 D．静电屏蔽 C Lavf58.12.100 Lavf57.71.100 $