人教版高中物理必修三 （靜電的防止與利用）教學(xué)課件

4靜電的防止與利用第九章靜電場及其應(yīng)用

1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).2.知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.3.了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印的工作原理.學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)梳理重點(diǎn)探究隨堂演練課時(shí)對點(diǎn)練內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN一、靜電平衡1.靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生

的狀態(tài).2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為

.3.導(dǎo)體上電荷的分布：(1)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體

沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的

.(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)

，凹陷的位置幾乎沒有電荷.知識(shí)梳理定向移動(dòng)0外表面越大內(nèi)部二、尖端放電1.空氣的電離：在一定條件下，導(dǎo)體尖端電荷

很大，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷

的現(xiàn)象.2.尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被

，而與尖端上的電荷

，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端

的現(xiàn)象.3.尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：

是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量

會(huì)減少電能的損失.密度分離吸引中和失去電荷避雷針光滑三、靜電屏蔽1.靜電屏蔽靜電平衡時(shí)，空腔導(dǎo)體內(nèi)表面沒有電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場強(qiáng)度處處為

.外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作_________.2.靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連.0靜電屏蔽四、靜電吸附1.靜電吸附：在電場中，帶電粒子在

作用下，向著電極運(yùn)動(dòng)，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象.2.靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來的過程.3.靜電噴漆：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

的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件表面.4.靜電復(fù)?。簭?fù)印機(jī)應(yīng)用了

的原理，復(fù)印機(jī)的有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)，無光照時(shí)，OPC是

，受光照時(shí)變成導(dǎo)體.靜電力正極靜電吸附絕緣體(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零.(

)(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性，電荷都分布在外表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷.(

)(3)一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點(diǎn).(

)即學(xué)即用×√√(4)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開.(

)(5)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)場強(qiáng)為零.(

)√×一、靜電平衡導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷.請思考下列問題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？重點(diǎn)探究圖1答案自由電子受外加電場的靜電力作用而定向移動(dòng)，向著與電場相反的方向定向移動(dòng).(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？答案不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)終止.知識(shí)深化1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強(qiáng)為0，即E0＝－E′.2.孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為0.3.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面垂直.4.靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布在導(dǎo)體的外表面，其內(nèi)部沒有凈電荷，且凈電荷在導(dǎo)體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集.例1

如圖2所示，把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點(diǎn)電荷形成的電場中，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài).下列說法正確的是A.導(dǎo)體內(nèi)部A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度B.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度EA＝EBC.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度EA＜EBD.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng)圖2√解析枕形導(dǎo)體在正點(diǎn)電荷附近，出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)致電荷重新分布，因此在枕形導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場疊加，靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，A錯(cuò)誤；導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零，所以感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度的大小與點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C錯(cuò)誤；當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng)，中和導(dǎo)體B端多余的正電荷，D正確.規(guī)律總結(jié)求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)的方法是：(1)先求出外電場場強(qiáng)E外的大小和方向.(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場E感的大小和方向.針對訓(xùn)練

長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為＋q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖3所示.當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于________，方向?yàn)開_____.圖3向左解析導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷＋q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端感應(yīng)出負(fù)電荷，右端感應(yīng)出正電荷，棒中任意一點(diǎn)都受兩個(gè)電場的影響，即外電場(＋q在該點(diǎn)形成的電場E0)和附加電場(棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場E′)，負(fù)號(hào)代表E′和E0方向相反，即方向向左.例2

一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8C的正電荷，上端開有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖4所示，則A、B帶電荷量分別為A.QA＝1×10－8C

QB＝1×10－8CB.QA＝2×10－8C

QB＝0C.QA＝0

QB＝2×10－8CD.QA＝4×10－8C

QB＝－2×10－8C圖4√解析B球與A球內(nèi)壁接觸后成為一個(gè)新的導(dǎo)體，處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部凈電荷量為零，帶電導(dǎo)體的電荷只能分布于導(dǎo)體的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正確.二、尖端放電靜電屏蔽導(dǎo)學(xué)探究

1.避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？答案當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷.通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，使建筑物避免雷擊.2.靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，即使導(dǎo)體殼外有電場，由于殼內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0，外電場對殼內(nèi)的物體不會(huì)產(chǎn)生影響.知識(shí)深化1.尖端放電導(dǎo)體尖端電荷密度大，周圍的電場強(qiáng)度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和.2.靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零.(2)靜電屏蔽的兩種情況

導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體例3

如圖5所示，放在絕緣臺(tái)上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個(gè)不帶電的驗(yàn)電器C，若把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則A.金屬罩B的內(nèi)表面帶正電荷B.金屬罩B的右側(cè)外表面帶正電荷C.驗(yàn)電器C的金屬箔片將張開D.金屬罩B左、右兩側(cè)電荷電性相同圖5√解析金屬罩B處于靜電平衡狀態(tài)，電荷分布在其外表面上，所以A錯(cuò)誤；由于靜電感應(yīng)，使金屬罩B在左側(cè)外表面感應(yīng)出負(fù)電荷，所以金屬罩B的右側(cè)外表面感應(yīng)出正電荷，B正確，D錯(cuò)誤；由于靜電屏蔽，金屬罩內(nèi)電場強(qiáng)度為零，故驗(yàn)電器C上無感應(yīng)電荷，驗(yàn)電器C的金屬箔片不會(huì)張開，C錯(cuò)誤.三、靜電吸附例4

(多選)如圖6所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點(diǎn)間加高壓電源時(shí)，金屬管內(nèi)的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運(yùn)動(dòng)，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了.就此示意圖，下列說法正確的是A.N接電源的正極 B.M接電源的正極C.電場強(qiáng)度EB＞EA D.電場強(qiáng)度EB＜EA√√圖6解析電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負(fù)電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯(cuò)誤.金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環(huán)電極，電場線分布情況如圖所示.由圖可知金屬棒附近的B點(diǎn)處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點(diǎn)處電場線較疏，故B處場強(qiáng)比A處場強(qiáng)大，即EB＞EA，C正確，D錯(cuò)誤.1.(靜電屏蔽)下列說法正確的是A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B.制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C.小鳥停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死D.打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)123隨堂演練√123解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.塑料油桶會(huì)因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電荷導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項(xiàng)B正確.小鳥停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小鳥兩腳間的電壓非常小，小鳥不會(huì)被電死，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.打雷時(shí)，待在汽車?yán)?，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒有靜電屏蔽作用，所以待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆踩x項(xiàng)D錯(cuò)誤.2.(尖端放電)如圖7所示是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負(fù)極.金屬板N上有兩個(gè)等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭.逐漸升高電源電壓，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，可看到放電現(xiàn)象.先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的是A.A金屬柱B.B金屬柱C.A、B金屬柱同時(shí)D.可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱123√圖7解析由于導(dǎo)體尖端電荷比較密集，更容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象，故選A.3.(靜電平衡)在點(diǎn)電荷－Q形成的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓盤所在平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，則能正確表示圓盤上感應(yīng)電荷在圓盤中A點(diǎn)所激發(fā)的附加場強(qiáng)E′的方向的是下圖中的123√解析由于圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，感應(yīng)電荷在圓盤中A點(diǎn)激發(fā)的附加場強(qiáng)E′應(yīng)與－Q在A點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E等大反向，選項(xiàng)A正確.考點(diǎn)一靜電平衡1.一個(gè)帶電的金屬球，當(dāng)它帶的電荷量增加后(穩(wěn)定)，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度A.一定增強(qiáng) B.不變C.一定減弱 D.可能增強(qiáng)，也可能減弱基礎(chǔ)對點(diǎn)練課時(shí)對點(diǎn)練123456789√解析孤立的帶電金屬球處于靜電平衡，則內(nèi)部電場強(qiáng)度為零，當(dāng)它帶的電荷量增加，再次達(dá)到靜電平衡，則其內(nèi)部電場強(qiáng)度仍為零，故B正確.2.(多選)如圖1所示，當(dāng)在真空中把一不帶電導(dǎo)體AB向帶負(fù)電的小球P緩慢地靠近(不接觸，且未發(fā)生放電現(xiàn)象)時(shí)，下列說法正確的是123456789圖1A.B端的感應(yīng)電荷越來越多B.導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)越來越大C.導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大于在N點(diǎn)

產(chǎn)生的場強(qiáng)D.導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)相等√√123456789M點(diǎn)距小球P的距離比N點(diǎn)要近，帶負(fù)電的小球P在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)，而導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)處處為零，那么導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)就大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.解析由于導(dǎo)體AB緩慢移動(dòng)，所以導(dǎo)體AB內(nèi)部可以認(rèn)為始終處于靜電平衡狀態(tài)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)始終為零，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于導(dǎo)體AB距P越來越近，所以導(dǎo)體A、B兩端積累的感應(yīng)電荷會(huì)越來越多，選項(xiàng)A正確；考點(diǎn)二尖端放電靜電屏蔽3.電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列說法正確的是A.銅絲編織的衣服不易拉破B.電工被銅絲衣服所包裹，比較柔軟便于操作C.電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場強(qiáng)度為零D.銅線電阻小，能對人體起到保護(hù)作用123456789√解析高壓線路的檢修人員在進(jìn)行高壓作業(yè)時(shí)，要穿上用銅絲網(wǎng)編織的高壓作業(yè)服，相當(dāng)于把人體用銅絲網(wǎng)罩起來.強(qiáng)電場被作業(yè)服屏蔽，外部電場就不會(huì)影響到人體，從而避免了感應(yīng)電場對人體的傷害，故選項(xiàng)C正確.4.(多選)關(guān)于避雷針，以下說法正確的是A.避雷針避雷是中和云層中的異種電荷B.避雷針避雷利用了尖端放電現(xiàn)象C.為了美觀，通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形D.避雷針安裝在高大建筑物頂部，且必須接地123456789√√√5.(多選)如圖所示的四組靜電實(shí)驗(yàn)中，能使左邊的驗(yàn)電器的金屬箔片張開的是123456789√√解析處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體所帶的電荷分布在導(dǎo)體的外表面，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)因?qū)Ь€與右側(cè)驗(yàn)電器的金屬盒表面接觸，左側(cè)驗(yàn)電器相當(dāng)于右側(cè)驗(yàn)電器的遠(yuǎn)端，金屬箔片應(yīng)張開，D項(xiàng)中左邊的驗(yàn)電器處于金屬網(wǎng)罩的靜電屏蔽中，左邊驗(yàn)電器的金屬箔片不會(huì)張開，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤.123456789考點(diǎn)三靜電吸附6.(多選)靜電噴漆是利用靜電吸附現(xiàn)象制造的，其噴涂原理如圖2所示，則以下說法正確的是A.在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強(qiáng)電場B.涂料微粒一定帶正電C.涂料微粒一定帶負(fù)電D.涂料微?？赡軒д?，也可能帶負(fù)電123456789圖2√√123456789解析工作時(shí)涂料微粒會(huì)向帶正電的被噴涂工件高速運(yùn)動(dòng)，是由于噴槍噴嘴與被涂工件之間形成了強(qiáng)電場，由正電荷對涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒帶負(fù)電荷，故A、C正確.7.如圖3為靜電除塵器除塵原理的示意圖.塵埃在電場中通過某種機(jī)制帶電，在靜電力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達(dá)到除塵的目的.下列表述正確的是A.到達(dá)集塵極的塵埃帶正電荷B.電場方向由放電極指向集塵極C.帶電塵埃所受靜電力的方向與電場方向相同D.同一位置帶電荷量越多的塵埃所受靜電力越大123456789