静电的防止与利用学案高二上学期物理人教版

静电的防止与利用【学习目标】1、通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。2、了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。3、了解静电吸附原理，知道静电在除尘、喷漆、复印等生产中的应用。【学习重难点】1、知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。（重点）2、知道什么是静电屏蔽及其有关应用。（重点）3、知道导体上电荷的分布规律。（难点）【课前导学】一、静电平衡1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。二、尖端放电1．电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。2．尖端放电：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，相当于导体从尖端失去电荷的现象。3．尖端放电的应用与防止（1）应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。（2）防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。三、静电屏蔽1．把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内场强保持为零，外电场对壳(网)内的仪器也不会产生影响的现象叫静电屏蔽。2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。3.实现静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。四、静电吸附静电吸附原理在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上，这个原理在生产技术上被广泛应用。【重难探究】【探究一】静电平衡

处于静电平衡状态的导体，其特点是导体内部场强处处为0。对它的理解要从导体的内部有电场强度的三种说法开始，即原电场强度、感应电荷产生的电场强度和合电场强度。遇到比较电场强度的问题，首先要看准是比较的哪个电场强度，然后根据题目所给的情况和导体内部的合电场强度为0作出分析及判断。处于静电平衡状态的导体，其特点是导体内部场强处处为0。对它的理解要从导体的内部有电场强度的三种说法开始，即原电场强度、感应电荷产生的电场强度和合电场强度。遇到比较电场强度的问题，首先要看准是比较的哪个电场强度，然后根据题目所给的情况和导体内部的合电场强度为0作出分析及判断。【探究二】尖端放电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。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。

2.在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。这个现象叫作空气的电离。

3.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。

(1)避雷针应用了尖端放电原理。避雷针上的电荷通过针尖放出，逐渐中和云层中的电荷，保护建筑物免遭雷击。

(2)高压输电设备的部件，其表面应该尽量光滑，就是为了避免因尖端放电而造成电能损失或事故。【探究三】静电屏蔽和静电吸附1.封闭的金属网罩或者金属空腔内部(称为被屏蔽区域)，电场强度处处为0，这样，不管外部的电场强度多强、多复杂，都不会影响到金属网罩或金属空腔的内部，从而有效地保护了被屏蔽区的设施。在进行静电屏蔽时，往往还将金属网罩或金属空腔接地，以使金属网罩或金属空腔的电势也为0。

2.静电也可以利用。在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着带有异种电荷的电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。例如，静电除尘、静电喷漆、静电复印等。【典例训练】1.下列说法正确的是()A.避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和B.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形C.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电D.为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑2.如图所示用金属网把原来不带电的验电器罩起来，再使带正电的金属小球靠近验电器，在此过程中()

A.金属则的左侧感应出负电荷B.验电器的箔片感应出正电荷C.验电器的箔片不张开D.金属网中的感应电荷在箔片处的合电场强度为零3.如图是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱为尖头，B为圆头。逐渐升高电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象，则()

A.A容易放电 B.B容易放电 C.都容易放电 D.无法判断4.如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业时，全身穿戴带电作业用的屏蔽服。屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装。下列说法正确的是()

A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽C.电力工作人员穿上屏蔽服后，体内场强为零D.屏蔽服中的金属网不能起到屏蔽作用5.如图，实心金属球A半径为R，电荷量为Q，点电荷B电荷量为q。B与A球心间的距离为r。当B不存在而只有A存在时，在球心O处的电场强度等于_______。当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时，金属球上的电荷在球心O处产生的场强的大小等于_______。（静电力常量为k）

答案以及解析1.答案：ACD解析：避雷针避雷的原理是通过尖端放电，将云层中电荷中和，因此避雷针顶端不能设计成球形，A正确，B错误；为了避免尖端放电，验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，高压输电导线表面要尽量光滑，C、D正确。2.答案：C解析：根据静电感应可知，金属网的左侧感应出正电荷，故A错误；金属网把原来不带电的验电器罩起来，产生静电屏蔽，箔片不发生静电感应，故B错误，C正确；金属网中的感应电荷与外部金属小球在箔片处的合电场强度为零，故D错误。故选C。3.答案：A解析：根据导体表面尖锐程度越大的地方电荷分布越密集，可知金属柱A尖头处电荷密集，电场强，它与板M之间的空气容易发生电离，从而发生尖端放电现象，故A正确。4.答案：BC解析：屏蔽服的作用是在穿上后，使处于高压电场中的人体内电场强度处处为零，从而使人体免受高压电场及电磁波的危害，可知BC正确，AD错误。5.答案：解析：当B不