高中物理人教必修三第9章第4節(jié)靜電的防止與利用課件

1、靜電的防止與利用人教版高中物理 必修3新知導(dǎo)入在我們身邊到處都有靜電。生活中的穿衣、脫衣、運(yùn)動(dòng)等過(guò)程都可能產(chǎn)生靜電。靜電與我們的生活密不可分。如圖，復(fù)印機(jī)可以應(yīng)用靜電吸附作用復(fù)印資料新知導(dǎo)入思考：如圖，是加油站里常見(jiàn)的“靜電釋放器”，你知道司機(jī)或工人提加油槍前為什么必須用手要觸摸一下靜電釋放器嗎？“靜電釋放器”可以把人體、金屬、大地形成通路，將人體靜電傳入大地，這樣就可以清除身體上的靜電，防止發(fā)生火災(zāi)。今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)靜電的防止與利用。新知講解一、靜電平衡1.靜電感應(yīng)思考討論：把一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到電場(chǎng)強(qiáng)度為 E0 的電場(chǎng)中，導(dǎo)體上會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？新知講解金屬導(dǎo)體中自由電子受到電

2、場(chǎng)的電場(chǎng)力作用后向左移動(dòng)，由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體 AB 側(cè)的平面上將感應(yīng)出負(fù)電荷，在 CD 側(cè)的平面上將感應(yīng)出正電荷。新知講解2.靜電平衡-+-+-+（1）導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)的正、負(fù)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度E0 方向相反的電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度為 E。新知講解（2）感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)減弱。在疊加后的電場(chǎng)作用下，仍有自由電子不斷運(yùn)動(dòng)，直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0 為止，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)。這時(shí)我們說(shuō)，導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡。-+-+-+-+-+靜電平衡新知講解3.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)（1）靜電平衡狀態(tài)。發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體，導(dǎo)體中（包括導(dǎo)體表面）自由電子

3、不再發(fā)生定向移動(dòng)，我們就認(rèn)為這時(shí)導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。（2）靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，表面處的電場(chǎng)強(qiáng)方向跟導(dǎo)體表面垂直。新知講解思考討論：處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，表面處的電場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)槭裁锤鷮?dǎo)體表面垂直?參考答案：若場(chǎng)強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面若不垂直，則沿該點(diǎn)的表面就有一場(chǎng)強(qiáng)分量，電荷在這一場(chǎng)強(qiáng)分量作用下就會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)處于靜電平衡狀態(tài)了。新知講解二、尖端放電1.靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布的特點(diǎn)（1）靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。（2）在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，

4、周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。2.尖端放電（1）空氣的電離：使空氣分子中的正負(fù)電荷分離，這個(gè)現(xiàn)象叫作空氣的電離。新知講解（2）尖端放電導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，使周圍中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。 這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。新知講解尖端放電新知講解（3）應(yīng)用與防止應(yīng)用：將尖銳的金屬棒安裝在建筑物的頂端，用粗導(dǎo)線與埋在地下的金屬板連接，保持與大地的良好接觸，就成為

5、避雷針。新知講解防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑，避免尖端放電導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失。夜間高壓線周圍有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一層綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的放電現(xiàn)象。新知講解三、靜電屏蔽1.靜電屏蔽導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0，若是帶空腔的導(dǎo)體，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場(chǎng)強(qiáng)度也處處為0，無(wú)論導(dǎo)體外部電場(chǎng)是什么樣的，導(dǎo)體內(nèi)部都不會(huì)有電場(chǎng)金屬殼的這種作用叫做靜電屏蔽。電籠中的小鳥(niǎo)視頻新知講解2.靜電屏蔽有兩種情況:(1)第一種情況，導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電場(chǎng)的影響，如圖所示。因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度與導(dǎo)體球殼表面的感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和為零，表現(xiàn)為導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外部電場(chǎng)的影響，起到了屏蔽外

6、部電場(chǎng)的作用。導(dǎo)體腔內(nèi)的電場(chǎng)為 0新知講解(2)第二種情況接地空腔導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度不影響外部空間，如圖所示。當(dāng)空腔導(dǎo)體接地時(shí)，地球與導(dǎo)體形成同一個(gè)導(dǎo)體，空腔內(nèi)壁是場(chǎng)源電荷的近端，感應(yīng)異種電荷，地球是遠(yuǎn)端，感應(yīng)同種電荷，空腔導(dǎo)體的外表面沒(méi)有感應(yīng)電荷，可理解為內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)空腔外不產(chǎn)生影響，對(duì)內(nèi)部的電場(chǎng)起到了屏蔽作用。新知講解原因：當(dāng)帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電器時(shí)由于靜電感應(yīng)，自由電子將向金屬球移動(dòng)使得金屬球帶負(fù)電，箔片由于缺少電子帶正電。所以箔片會(huì)張開(kāi)。演示 靜電屏蔽（1）使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器，但不接觸，箔片是否張開(kāi)？解釋看到的現(xiàn)象?，F(xiàn)象：箔片會(huì)張開(kāi)。新知講解（2）用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，再使帶電金

7、屬球靠近驗(yàn)電器，觀察箔片是否張開(kāi)。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明什么？現(xiàn)象：箔片不會(huì)張開(kāi)原因：用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，導(dǎo)體的外殼對(duì)它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場(chǎng)的影響，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，所以驗(yàn)電器的箔片不張開(kāi)，我們把這種現(xiàn)象稱之為靜電屏蔽。新知講解靜電屏蔽視頻新知講解3.靜電屏蔽的應(yīng)用（1）野外高壓輸電線受到雷擊的可能性很大，所以在三條輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，它們與大地相連，形成一個(gè)稀疏的金屬“網(wǎng)”，把高壓線屏蔽起來(lái)，使其免遭雷擊。高壓線屏蔽新知講解（2）超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的，形成一個(gè)金屬“網(wǎng)”，內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為0，高壓外電場(chǎng)不

8、會(huì)對(duì)內(nèi)部的工人產(chǎn)生影響。新知講解四、靜電的危害與利用1.靜電的危害靜電的危害可能隨時(shí)發(fā)生。醫(yī)院手術(shù)臺(tái)上，靜電火花有可能引起麻醉劑爆炸；煤礦里，靜電火花會(huì)引起瓦斯爆炸因此，靜電的危害必須引起人們的警惕。瓦斯爆炸新知講解科學(xué)漫步 雷火煉殿湖北的武當(dāng)山古建筑群是世界文化遺產(chǎn)之一，在武當(dāng)山主峰天柱峰上有一座金殿，是我國(guó)現(xiàn)存最大的銅鑄鎏金大殿。這座金殿最為奇特的是，每逢電閃雷鳴的時(shí)候，火球會(huì)在金殿周圍滾動(dòng)，但霹靂卻擊不毀金殿；新知講解雨過(guò)天晴后，大殿光彩奪目，像被洗過(guò)一樣，這就是“雷火煉殿”奇觀。后來(lái)，因金殿周圍的一些建筑物常被雷擊，金殿也安裝了避雷設(shè)施。此后，雷火煉殿奇觀消失，沒(méi)有水火的洗煉，金殿的色

9、澤也黯淡了許多?！袄谆馃挼睢闭f(shuō)明，球狀物體可以積累電荷，產(chǎn)生火花放電。新知講解2.靜電的利用（1）靜電除塵 設(shè)法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來(lái)，這就是靜電除塵。靜電除塵原理 塵埃新知講解原理：靜電除塵器由板狀收集器A和線狀電離器B組成。A接到幾千伏高壓電源的正極，B接到高壓電源的負(fù)極，它們之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，而且距B越近，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。B附近的空氣中的氣體分子更容易被電離，成為正離子和電子。正離子被吸到B上，得到電子，又成為分子。電子在向著正極A運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，遇到煙氣中的粉塵，使粉塵帶負(fù)電。粉塵被吸附到正極A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。新知講解（2）靜電

10、噴漆接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。靜電噴漆新知講解（3）靜電復(fù)印 復(fù)印機(jī)也應(yīng)用了靜電吸附。復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓，它是一個(gè)金屬圓柱，表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體 。沒(méi)有光照時(shí)，OPC 是絕緣體，受到光照時(shí)變成導(dǎo)體。靜電復(fù)印的工作流程如下：充電 曝光 顯影 轉(zhuǎn)印 放電課堂練習(xí)1.下列做法中，屬于預(yù)防靜電危害的是（）A靜電噴漆 B在煙道的中央裝有靜電除塵器 C電視機(jī)上裝有一條戶外天線 D運(yùn)輸汽油等易燃易爆物品的車輛拖一條鐵鏈在地上 D課堂練習(xí)2.有一次，小明的手指靠近金屬門把手時(shí)，突然有一種被電擊的感覺(jué)。這

11、是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)摩擦使身體帶電，當(dāng)手指靠近門把手時(shí)，二者之間形成的放電現(xiàn)象。若放電前，小明的手指帶負(fù)電。有關(guān)金屬門把手的兩端被感應(yīng)帶電的情況，下列圖中標(biāo)示正確的是（）A B C DA課堂練習(xí)3.一個(gè)帶電的金屬球，當(dāng)它帶的電量減少后，其內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)將（）A一定增強(qiáng) B一定減弱 C可能增強(qiáng)可能減弱 D不變 D課堂練習(xí)4.下列說(shuō)法正確的是（）A處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)均為零 B元電荷是電子和質(zhì)子的統(tǒng)稱 C用靜電噴漆的方法給汽車噴涂油漆，既省漆又均勻D避雷針避雷是利用尖端放電中和空氣中的異種電荷 CD拓展提高筒的外壁接觸、再與驗(yàn)電器的小球接觸，驗(yàn)電器的箔片會(huì)_；讓系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，用小球先與圓

12、筒的內(nèi)壁接觸、再與驗(yàn)電器小球接觸，驗(yàn)電器的箔片將會(huì)_（以上兩空均選填“張開(kāi)”或“不張開(kāi)”）。張開(kāi)不張開(kāi)1. 如圖所示，一個(gè)帶電的金屬圓筒（法拉第圓筒）和一個(gè)驗(yàn)電器相距較遠(yuǎn)地方放置?，F(xiàn)用一個(gè)（不帶電的）帶絕緣手柄的金屬小球先與圓拓展提高2.一個(gè)不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個(gè)正點(diǎn)荷。圖中的哪一個(gè)能正確表示其電場(chǎng)分布的情況 ( )B拓展提高3.如圖所示，兩個(gè)相同的空心金屬球M和N，M帶-Q電荷，N不帶電（M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響），旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時(shí)（）AP、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷 BP上沒(méi)有，而R上有感應(yīng)電荷 CP上有，而R上沒(méi)有感應(yīng)電

13、荷 DP、R上均沒(méi)有感應(yīng)電荷 PRMNB課堂總結(jié)1.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，表面處的電場(chǎng)強(qiáng)方向跟導(dǎo)體表面垂直。2.靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布的特點(diǎn)（1）靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。（2）在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。課堂總結(jié)3.尖端放電4.靜電屏蔽有兩種情況:(1)第一種情況，導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電場(chǎng)的影響。(2)第二種情況接地空腔導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度不影響外部空間。5.靜電的利用（1）靜電除塵（2）靜電噴漆（3）靜電復(fù)印板書設(shè)計(jì)一、靜電平衡1.放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，最終會(huì)達(dá)到?jīng)]有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)，這種狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。2.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，表面處的電場(chǎng)強(qiáng)方向跟導(dǎo)