9.4 静电的防止与利用 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦静电平衡、尖端放电、静电屏蔽及静电应用与防止，通过“法拉第笼”原理设问、观看视频及生活现象讨论导入，搭建从电场概念到静电现象应用的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点是以实验探究（如法拉第圆筒实验）和问题链驱动，结合避雷针、电梯屏蔽等实例，体现科学思维与科学态度。通过示意图直观呈现原理，帮助学生形成物理观念，教师可利用互动素材提升教学效果，落实核心素养。

第九章 静电场及其应用 人教版（2019）必修 第三册 9.4 静电的 防止与利用 PART 1 静电平衡 这个设备是什么原理？ 静电平衡 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？定向移动的方向如何？ E0 A C B D 自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动。 静电平衡 (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ A B C D - - - A B C D +++ ▲电场力的作用下，自由电子定向移动 ▲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 ▲ AB端感应出负电荷、CD端感应出正电荷 E0 E0 E0 A B C D 静电平衡 E´ E0 - - + + ▲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´ E´ E0 - - + + E0 ▲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 (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ 静电平衡 1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态. E内=0 2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0,即外电场E0和感应电荷产生的电场E′的关系为E0＝－E′。 静电平衡 静电平衡 如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是 (　　) A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度 B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EB C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA<EB D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 例1 D 静电平衡 求处于静电平衡状态的导体 中感应电荷产生的电场强度的方法是： (1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。 (2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。 (3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向。 了解导体上电荷的分布特点 静电平衡 3.导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，导体内部没有净电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的外表面。 (2)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，凹陷的位置几乎没有电荷。 4.处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直。 静电平衡 静电平衡 B 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8 C的正电荷，上端开有适当小孔，绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(　　) A.QA=1×10-8 C　QB=1×10-8 C B.QA=2×10-8 C　QB=0 C.QA=0　QB=2×10-8 C D.QA=4×10-8 C　QB=-2×10-8 C 例2 PART 2 尖端放电 空气的电离： 在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场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，这种现象叫作空气的电离。 尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 尖端放电 尖端的强电场 周围空气电离 尖端电荷中和 尖端释放电荷 等效于 + + + + + + + + + - + - + - + - + - + - + - + - 飞机装有类似避雷针的放电刷 尖端放电应用 尖端放电 I I 尖端放电应用——避雷针 尖端放电 尖端放电应用——避雷针 夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。 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。 尖端放电防止 PART 3 静电屏蔽 观看视频，交流与讨论雨天为什么不能站树下？ 静电屏蔽 观看《加油向未来》视频并交流讨论 静电屏蔽 静电屏蔽 静电屏蔽 2.实质： 导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部不会产生影 响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽 利用了静电感应现象 静电屏蔽 1.定义： 使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为0。 3.航天器经过地球大气层时，与大气层高速摩擦产生高温，在航天器周围形成等离子体，对航天器产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与航天器的通信暂时中断。 4.电梯轿厢通常是用不锈钢做的，因此在封闭的电梯里手机通信中断，也是发生了静电屏蔽。 静电屏蔽 静电屏蔽 静电屏蔽 (1)导体外部的电场影响不到导体内部(外屏蔽) 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。 罩上金属网罩 静电屏蔽的两种情况 静电屏蔽 (2)接地导体的内部电场影响不到导体外部(内屏蔽) 当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图乙所示。 静电屏蔽 静电屏蔽的两种情况 静电屏蔽 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产生的电场在空腔内的合电场强度为零，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为零，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 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 静电感应与静电平衡 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。 静电屏蔽应用 静电屏蔽 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。 下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是 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 √ 静电屏蔽 例3 B 如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则(　　) A.金属罩B的内表面带正电荷 B.金属罩B的右侧外表面带正电荷 C.验电器C的金属箔片将张开 D.金属罩B左、右两侧电荷电性相同 例4 静电应用及防止 静电屏蔽 利用静电的性质 应用举例 利用静电能吸引轻小物体 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 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。 1.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，最后被吸附在电极上的现象。 2.静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 静电屏蔽 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，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面的过程。 4.静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。 静电屏蔽 AC (多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气被电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而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.N接电源的正极 B.M接电源的正极 C.电场强度EB>EA D.电场强度EB<EA 例5 静电的防止与利用 静电平衡 尖端放电 静电屏蔽 电离 特点 原理与应用 防止与利用 原理与应用 原理 静电吸附 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 $