9.4静电的防止与利用2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册 课件

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静电的防止与利用象山中学 高一物理组知识回顾静电感应把金属导体放在外部电场中，导体内自由电荷重新分布的现象。1、静电平衡E0E0已知空间内分布一电场现将一金属导体放入电场中1、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，感应电荷在导体中中产生反方向的附加场.1、静电平衡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，就叫静电平衡状态.1、静电平衡发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E’和原电场E在导体内叠加为零，即E’=E时，自由电荷停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。E＋－－－－＋＋＋E`＋－－＋1、静电平衡注意：①导体内的合场强为0，合场强是叠加场强。②导体达到静电平衡之后，其表面任一点电场方向跟该点表面垂直若场强方向跟该点的表面不垂直,则沿该点的表面就有一场强分量,电荷在这一场强分量作用下就会发生运动,就不会处于静电平衡状态了。1、静电平衡静电平衡的特点长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？ 答：达到静电平衡后导体内部场强处处为0E感方向与E源方向相反，即指向点电荷+q.扩展：导体上电荷的分布用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁.法拉第圆筒实验:和外壁接触的小球使验电器箔片张开，表明金属筒外壁有电荷分布.和内壁接触的小球不能使验电器箔片张开,表明金属筒内壁没有电荷分布.结论：带电体的电荷一般分布在外表面静电平衡时导体上电荷分布的特点：1.静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。2.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大（即单位面积电荷量多），周围的场强越大。2、尖端放电导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。思考：(1)为什么导体尖端附近的空气容易发生电离?(2)“尖端放电”是不是导体尖端的电荷跑到空气中去了?解答:(1)由于导体的尖端的电荷密度很大,附近电场强度很强,导致附近空气中残留的离子发生剧烈运动,把空气分子撞散,所以导体尖端附近的空气更容易电离。(2)“尖端放电”并不是导体尖端的电荷跑到空气中去,而是空气电离产生的符号相反的电荷奔向尖端,与尖端的电荷中和了。2、尖端放电应用：避雷针应用：避雷针避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。它是一个或几个尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触。1.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是(　　)。A.云层中所带的电荷被避雷针通过导线导入了大地B.避雷针的尖端向云层放电,中和了云层中的电荷C.云层与避雷针发生摩擦,避雷针上产生的电荷被导入大地D.以上解释都不正确B练习：【解析】带电荷的云层靠近避雷针时,在避雷针尖端感应出与云层电性相反的静电,达到一定程度就向空中放电,中和云层中的电荷,从而使建筑物避免遭受雷击,故B正确。练习：2.专门用来运输柴油、汽油的油罐车,在其尾部都装有一条拖在地上的铁链。关于铁链的作用,下列说法正确的是(　　)。A.让铁链与路面摩擦产生静电,使油罐车积累一定的静电荷B.让铁链发出声音,以引起其他车辆的注意C.由于罐体与油摩擦产生了静电,罐体上的静电被铁链导入大地,从而避免了火花放电D.由于罐体与油摩擦产生了静电,铁链将油的静电导入大地,从而避免了火花放电C【解析】在运输柴油、汽油时,由于上下左右颠簸摇摆,造成油和油罐的摩擦而产生静电,汽车轮胎导电性能不好,难以把静电导入大地,所以用一条拖在地上的铁链将静电导入大地以避免静电的积累产生火花放电,故C正确。思考：用金属网罩将验电器罩住，会怎样呢?3、静电屏蔽导体球壳内(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，这种现象叫做静电屏蔽。(1) 空腔导体的特点　 空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响。(2) 静电屏蔽　 导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。3、静电屏蔽1.屏蔽外电场静电屏蔽的两种情况及本质①现象：由于静电感应，验电器箔片张开。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，即外部电场影响不到导体内部。②本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。1.屏蔽外电场静电屏蔽的两种情况及本质新知讲解②导体壳接地后，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。2.屏蔽腔内电场静电屏蔽的两种情况及本质本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零。新知讲解①导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。2.屏蔽腔内电场静电屏蔽的两种情况及本质静电屏蔽的应用电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。 超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。静电屏蔽的应用超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。静电屏蔽的应用三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。1、将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触),另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示。下列说法正确的有(　　)。A.A往左偏离竖直方向,B往右偏离竖直方向B.A的位置不变,B往右偏离竖直方向C.A往左偏离竖直方向,B的位置不变D.A和B的位置都不变【解析】带正电的小球A放在不带电的空心球C内,通过静电感应,空心球外壳带正电,内壁带负电。因此,金属空心球C外壳和带电小球B带异种电荷,所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向。而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场,使小球A不受外电场的作用,所以A的位置不变。练习：B练习：2、下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有（ ）AD静电吸附小结