高中物理人教必修三9.4 靜電的防止與利用（課件）

1、新人教版 必修三第九章 靜電場及其應(yīng)用第4節(jié) 靜電的防止與利用 自然界到處都有靜電。生產(chǎn)中的攪拌、擠壓、切割等活動，生活中的穿衣、脫衣、運(yùn)動等過程都可能產(chǎn)生靜電。在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？新知導(dǎo)入： 把一只小鳥放入一個用金屬網(wǎng)制成的鳥籠中，再把鳥籠放入高壓電場中，鳥會安然無恙嗎？ 如果人在金屬籠子里，給籠子加上高壓電，人安全嗎？ 新知導(dǎo)入：金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)電子原子核 金屬導(dǎo)體內(nèi)部的外層電子與帶正電的原子核間的相互作用比較弱，故容易脫離且在金屬內(nèi)部游離，稱為自由電子，金屬導(dǎo)體的整體就是由大量的在平衡位置附近做無規(guī)則熱振動的正離子和無規(guī)則熱振動的自由電子組成。那么，若把金屬

2、導(dǎo)體放入電場中，又將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？ 把金屬導(dǎo)體放在外電場E0中，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場力作用而定向移動，使導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。一、靜電感應(yīng)二、靜電平衡2.導(dǎo)體兩端出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷在導(dǎo)體中中產(chǎn)生反方向的附加場。1.導(dǎo)體中自由電荷在電場力作用下將發(fā)生定向移動。導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)電荷產(chǎn)生了與外電場相反的電場.3.感應(yīng)電荷的電場增到與外電場相等時，導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零。自由電荷的定向移動停止。-+-+-+-+4.靜電平衡：導(dǎo)體中無電荷定向移動的狀態(tài),就叫靜電平衡狀態(tài)。-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體，當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場 和原電場E

3、在導(dǎo)體內(nèi)疊加為零，即 =E時，自由電子停止定向移動，這時導(dǎo)體所處的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。1.靜電平衡狀態(tài)+導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度外電場強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場強(qiáng)度 導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷定向移動的狀態(tài)，叫做靜電平衡狀態(tài)。2.靜電平衡的特點 (1).處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零。 (2).導(dǎo)體內(nèi)部無電場線分布，外表面處場強(qiáng)方向必跟該點的表面垂直。例1.關(guān)于靜電平衡，下列說法中正確的是( ） A當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時，導(dǎo)體上任意兩點間的電勢一定相等 B當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時，其外表面附近的電場方向一定與導(dǎo)體的表面垂直 C絕緣體也有靜電平衡狀態(tài) D達(dá)到靜電平衡時，電荷分布在導(dǎo)體的外表面ABD 拓變1、

4、若此時斷開C與地的連線， B、C端帶什么電荷？整個導(dǎo)體凈余什么電荷？ 整個導(dǎo)體帶負(fù)電荷負(fù)電荷ABCB 端帶負(fù)電荷，C 端無凈電荷B端負(fù)電荷，C端無電荷例2.如圖所示，A帶正電，若導(dǎo)體C端接地，問B、C端各帶什么電荷？拓變2、若B端接地，整個導(dǎo)體凈余什么電荷？三.靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布的特點法拉第圓筒實驗 導(dǎo)體上電荷的分布的特點1.靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，在導(dǎo)體的外表面尖端（半徑小或曲率大）電荷分布密度大（即單位面積電荷量多），故尖端電場強(qiáng)度大，而凹陷的位置幾乎沒有電荷。四.尖端放電1、導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣

5、中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動，把空氣中的氣體分子撞散，即使分子中的正負(fù)電荷分離，這個現(xiàn)象叫做空氣的電離。2、那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷，這個現(xiàn)象叫做尖端放電。3、應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。避雷針的避雷過程導(dǎo)體尖端電荷密度大尖端周圍電場強(qiáng)空氣中殘留帶電粒子劇烈運(yùn)動空氣電離正負(fù)電荷奔向異種電荷尖端失去電荷尖端放電將閃電導(dǎo)入大地高壓設(shè)備1、避免：尖端放電會使高壓設(shè)備上電能損失，故高壓設(shè)備導(dǎo)體的表面都是非常光滑。2、現(xiàn)象：夜間高壓線周圍出現(xiàn)的綠色光暈，俗稱電暈，是一種微弱的尖端放電。 例

6、3.如圖所示，在真空中把一絕緣導(dǎo)體向帶電(負(fù)電)的小球P緩慢地靠近(不相碰)，下列說法中正確的是（ ） AB端的感應(yīng)電荷越來越多 B導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)越來越大 C導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點 產(chǎn)生的場強(qiáng)恒大于在N 點產(chǎn)生的場強(qiáng) D導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在MN兩點的場強(qiáng)相等AC罩上金屬網(wǎng)罩 導(dǎo)體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達(dá)到靜電平衡后，內(nèi)部場強(qiáng)處處為0，不受外部電場的影響，內(nèi)部的儀器不會受到外電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。四.靜電屏蔽空腔內(nèi)部場強(qiáng)處處為零?靜電屏蔽實例 兩位英國科學(xué)家在倫敦進(jìn)行一次危險的電力學(xué)表演。其中一名科學(xué)家將把另一位科學(xué)家關(guān)進(jìn)一個鐵籠子里，然后用數(shù)百萬伏特的電流對其進(jìn)行電擊。鑒于表演的危險性，兩名科

7、學(xué)家事先都買好了價值1200萬英鎊的保險。 -觸摸百萬伏高壓電 靜電屏蔽的特技表演靜電屏蔽的應(yīng)用 1.電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋，可以對人體起到靜電屏蔽作業(yè)，使人安全作業(yè)。靜電屏蔽的應(yīng)用 2.三條輸電線的上方還有兩條導(dǎo)線，與大地相連，形成一個稀疏的金屬網(wǎng)，把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊。靜電屏蔽的應(yīng)用 3.電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面所包的一層鉛皮，可以防止外電場的干擾.靜電屏蔽的另一種形式 金屬罩接地后，地上的自由電子，沿導(dǎo)線向上移動，把金屬罩外部的正電荷中和，結(jié)果，小球的電場被控制在金屬罩的內(nèi)部，外部不再受影響。1.屏蔽外電場外電場空腔導(dǎo)體可以

8、屏蔽外電場, 使空腔內(nèi)物體不受外電場影響。空腔導(dǎo)體屏蔽外電場靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)現(xiàn)象：由于靜電感應(yīng)，驗電器箔片張開。將驗電器放入導(dǎo)體網(wǎng)罩內(nèi)部后驗電器箔片不張開，即外部電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部。本質(zhì)：是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷與外電場在導(dǎo)體內(nèi)部任一點的場強(qiáng)的疊加結(jié)果為零。1.屏蔽外電場靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)導(dǎo)體殼沒有接地時處于內(nèi)部電場中，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，空間電場的電場線起于場源正電荷，終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，再起于導(dǎo)體殼外表面正電荷，終于無窮遠(yuǎn)，殼內(nèi)外表面之間場強(qiáng)處處為零，殼外場強(qiáng)不為零。2.屏蔽腔內(nèi)電場靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)導(dǎo)體殼接地后，導(dǎo)體殼外的正電荷被大地負(fù)電荷中和，正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無窮遠(yuǎn)處，空間電場起于場源正電荷終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面之間及導(dǎo)體外部場強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體外部空間不受內(nèi)部電場影響。本質(zhì)：仍然是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)表面感應(yīng)電荷與殼內(nèi)電場在導(dǎo)體殼表面以外空間疊加結(jié)果為零。 例4.把一個帶正電的小球 A，放入帶絕緣支架的不帶電的空心球殼 B 內(nèi)，但不與 B 的內(nèi)壁接觸，如圖所示。達(dá)到靜電平衡后，下列說法中正確的 （ ） A. 球殼 B 內(nèi)空腔處場強(qiáng)為零 B. 球殼 B 外部空間的