9.4 静电的防止与利用（培优教学课件）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、静电屏蔽及静电吸附的原理与应用，通过“生活中静电利弊”的问题导入，衔接静电场知识，搭建从现象到原理再到应用的学习支架。 其亮点在于以物理观念为基础，结合科学思维与科学态度，通过法拉第圆筒实验、避雷针等实例，分析静电现象原理与应用逻辑。采用问题驱动与典例辨析，帮助学生深化理解，教师可借助结构化总结提升教学效率。

4. 静电的防止与利用 第九章 静电场及其应用 人教版必修第三册 导入新课 自然界到处都有静电。生活、生产都可能产生静电。静电有其有利的一面，也有有害的一面。如何做好静电的防止和利用，为我们生活提供更好的服务呢？ 物理观念 解静电平衡、静电屏蔽，知晓静电的应用与防护方式。 科学思维 分析静电现象原理，区分静电利用与防护的物理逻辑。 科学态度 与责任 学会辩证看待物理现象，树立安全用电防护意识。 学习目标 重点 静电平衡、静电屏蔽原理，静电的日常应用与防护。 难点 静电屏蔽的本质理解，静电现象的原理辨析。 重点难点 1. 静电平衡 2. 尖端放电 3. 静电屏蔽 4. 静电吸附 5. 课堂总结 6. 练习与应用 第4节 静电的防止与利用 学习内容 一、静电平衡 第4节 静电的防止与利用 思考：金属导体的微观结构有什么特点呢？ 由原子核和自由电子组成。 那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？ 静电感应现象 思考：电场的最基本的性质是什么？ 对放入其中的电荷有力的作用 1、静电感应 2、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,感应电荷在导体中产生反方向电场强度。 3.感应电荷的电场增到与外电场 相 等 时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止。 4.静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,叫静电平衡状态。 3、静电平衡的定义与特点 静电平衡的特点： 2.处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。即：E内合=0，实质是E = -E’ 。 3.导体内部无电场线分布，外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。 1.金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 那么，处于静电平衡状态下的导体中的电荷又是怎样分布的呢？ 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） 4、电荷分布 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 实验演示2：不规则带电体 例1 一个内部含有空腔的矩形金属导体 放在静电场中，电场线如图所示，下列说法正确的是( ) A. 金属发生感应起电，左端 处的感应电荷为正电荷 B. 感应电荷在 处产生的电场强度为0 C. 金属内部被静电屏蔽，空腔 处的电场强度为0 D. 金属处于静电平衡，金属内部的电子不受电场力作用，处于静止状态 5、典例分析 [解析]选C。金属 放在静电场中会发生感应起电，根据电场线的方向，可知左端 处的感应电荷为负电荷，故 错误；感应起电后金属处于静电平衡，感应电荷在 处产生的电场强度与原电场方向相反，内部被静电屏蔽，电场强度为0，金属内部的电子不受电场力作用，电子不做定向运动，但仍在无规则运动，故 正确， 、 错误。 5、典例分析 例2 （多选）如图所示，在原来不带电的金属细杆 附近 处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后( ) A. 端带负电荷 B. 端带负电荷 C. 点电场强度为0 D. 杆内 处电场强度的方向由 指向 5、典例分析 [解析]选 处为正点电荷， 端感应出负电荷， 端感应出正电荷，导体内部合电场强度为0， 、 错误， 、 正确。 5、典例分析 二、尖端放电 第4节 静电的防止与利用 1、空气的电离与尖端放电 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 2、尖端放电及应用 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。 汽车发动机的火花塞 电火花打点计时器 燃气灶的点火器 应用1：避雷针 应用2：高压设备 应用 3：汽车接地放电 2、尖端放电及应用 三、静电屏蔽 第4节 静电的防止与利用 1、静电屏蔽 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？ 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 1. 定义：具有空腔的金属导体在静电平衡状态下，不仅导体内部场强为零，腔内场强也为零，因而置于腔内的物体不受外界电场的影响，这种作用叫静电屏蔽。 2. 实质：静电屏蔽实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，即所谓屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。 空腔导体净电荷分布特点：只分布在外表面，内表面不带电，空腔内电场强度为0。 1、静电屏蔽 2、静电屏蔽的应用 （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。 屏外不屏内 3、外屏蔽与内屏蔽 (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. 总结：两种典型的静电屏蔽现象 ①外屏蔽：如图所示，空腔导体内部电场强度处处为零。外部电场对内部仪器没有影响。 ②全屏蔽：如图所示，如果空腔导体接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。 3、外屏蔽与内屏蔽 武当山位于湖北省西北部，其主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿，全部为铜铸鎏金。 雷雨交加时，金殿的屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿金光灿灿，像被重新炼洗过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。 4、科学漫步 例3：如图所示，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，下列有关此实验现象的描述或解释正确的是( ) A. 验电器的金属球因静电感应而带负电荷 B. 验电器的金属箔片会因排斥而张开 C. 整个金属网会因为静电感应而带负电荷 D. 箔片不张开因为金属网内电场强度为0 5、典例分析 [解析]选D。根据静电屏蔽原理可知，由于金属网的静电屏蔽使得金属网内电场强度为0，验电器的金属球不带电，验电器的金属箔片不张开，故 、 错误， 正确；根据静电感应原理可知，金属网上靠近带正电金属球的近端带负电，远离带正电金属球的远端带正电，故 错误。 5、典例分析 四、静电吸附 第4节 静电的防止与利用 1、静电吸附 静电虽然有危害，但也可以利用。你知道的应用有哪些呢？ 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 带负电的小油滴在静电力的作用下，向着正极A运动，最后被吸附到正极A上 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。 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。 2、静电喷漆 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。 3、静电复印 例4： 下面四张图片所列应用场景，属于静电利用的有( ) A. 1处 B. 2处 C. 3处 D. 4处 4、典例分析 [解析]选B。建筑物顶楼的避雷针和油罐车运输燃料时车尾拖着铁链属于静电的防止；汽车生产过程中的车身喷漆设备和热电厂大烟囱的除尘设备都属于静电利用。 4、典例分析 五、课堂总结 第4节 静电的防止与利用 静电的防止与利用 静电平衡 尖端放电 静电屏蔽 静电吸附 外屏蔽 五、课堂总结 内屏蔽 静电除尘 静电复印 静电喷漆 电荷分布 防止与利用 平衡特点 防止与利用 六、练习与应用 第4节 静电的防止与利用 六、练习与应用 1. （静电感应和静电平衡）如图所示， 为一带正电的点电荷， 为原来不带电的枕形金属导体， 、 为导体内的两点。当导体 处于静电平衡状态时( ) A. 、 两点的电场强度大小 、 的关系为 B. 、 两点的电场强度大小 、 的关系为 C. 感应电荷在 、 两点产生的电场强度大小 和 的关系是 D. 感应电荷在 、 两点产生的电场强度大小 和 的关系是 六、练习与应用 [解析]选 。当导体 处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为零，故 、 两点的电场强度大小 、 的关系为 ， 、 错误；感应电荷在 、 两点产生的电场强度与点电荷在 、 两点产生的电场强度等大反向，则感应电荷在 、 两点产生的电场强度的大小 和 的关系是 ， 正确， 错误。 六、练习与应用 2. （静电屏蔽）如图所示, 是带正电的物体, 是金属网, 是原来不带电的金箔验电器,下图中能使验电器的金箔张开的是( ) A B C D 六、练习与应用 [解析]选 。图A、 中,由于金属网的屏蔽作用,带电体 对验电器无作用，故 、 错误；图C中,受带电体 作用,金属网内外分别带等量异种感应电荷,在验电器处有电场,即能使验电器的金箔张开，故 正确；图D中由于金属网接地,网罩外无电场,无法使验电器的金箔张开，故 错误。 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。下列有关电磁学知识的相关说法，正确的是( ) A. 图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理 B. 图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是电磁感应原理 C. 图丙中超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服 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 六、练习与应用 [解析]选 。家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理，故 正确；避雷针可以避免建筑物被雷击，当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故 错误；超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上金属丝制成的衣服，以起到静电屏蔽的作用，故 错误；静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆与金属表面在静电引力作用下喷涂更均匀，故 错误。 感谢观看 Thank you for listening Lavf57.71.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.83.100 $