2024版新教材高中物理第九章静电场及其应用4.静电的防止与利用课件新人教版必修第三册

4．静电的防止与利用核心素养定位物理观念知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点．科学思维(1)知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因．(2)会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度．科学探究观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法．导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精练·落实学科素养导学·掌握必备知识一、静电平衡1．静电平衡状态：导体内部各点的电场强度E＝0，导体内的________不再发生定向移动的状态．

达到静电平衡的条件2．处于静电平衡状态的导体内部电场强度特点：内部的电场强度________．自由电子处处为0二、尖端放电

也适用于孤立的带电体单一性质的电荷

1．静电平衡的导体上的电荷分布特点：(1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的________；(2)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)________，周围的电场强度越大．

使空气导电变为导体2．空气的电离：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________．外表面越大分离3．尖端放电现象：所带电荷与导体尖端的电荷符号________的粒子，由于被________而奔向尖端，与尖端上的电荷________，这相当于导体从尖端________电荷，这种现象叫作尖端放电．4．尖端放电的应用与防止：避雷针是应用尖端放电原理的例子；高压设备中的导体表面应该尽量________，是防止尖端放电的例子．相反吸引中和失去光滑三、静电屏蔽1．静电屏蔽：静电平衡时，带空腔的导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为________，外电场对壳内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作________．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．0静电屏蔽四、静电吸附1．静电吸附：在电场中，带电粒子在________作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象．2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达________而被收集起来的过程．3．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为________的工件运动，并沉积在工件的表面．4．静电复印：复印机应用了________的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照射，OPC是________，受光照时变成导体．静电力电极正极静电吸附绝缘体【情境思考】尖端放电、静电屏蔽、静电吸附等现象在我们生活中有很多的利用与防止，如图所示．判断以下问题．(1)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地．(

)(2)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，原因是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内电场强度为零．(

)(3)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零．(

)(4)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地．(

)×√√√拓展

1

电荷的分布特点拓展2

避雷针怎么避免雷击？当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷．通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的．拓展3

电子空气净化器工作原理拓展4

静电复印示意图共研·突破关键能力目标一静电平衡的理解【导思】——————————————————○如图所示，将一个不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动．(1)自由电子将向哪个方向移动？试说明导体左、右两侧各呈现什么电荷．(2)自由电子能否一直定向运动？为什么？自由电子受向左的电场力，向左运动，左侧呈现负电荷，右侧呈现正电荷．自由电子不会一直定向运动．因为感应电荷的电场和外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子将停止定向移动．【归纳】——————————————————○1．对静电平衡的三点理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动．(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的．(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E.2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷．(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图所示．(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集．【典例】——————————————————○例1.(多选)长为l的金属棒原来不带电，现将一个带负电的点电荷(电荷量的绝对值为q)放在金属棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图所示．当金属棒达到静电平衡后，以下说法中正确的是(

)答案：BC

思维提升求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法(1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向．(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向．

例2.

如图所示，一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷．使B球和A球内壁接触，则A、B带电荷量分别为(

)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解析：B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部净电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正确．答案：B[训练1]如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态．下列说法正确的是(

)A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EBC.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EBD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动答案：D解析：枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场的电场强度的大小与点电荷产生的电场的电场强度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确．[训练2]如图所示，A、B、C为等边三角形的三个顶点，相距为L的A、B两点分别固定有电荷量为＋Q和－2Q(Q>0)的点电荷，C点固定一个铜球．静电力常量为k.铜球上的感应电荷产生的电场在C点的电场强度大小为(

)

答案：A

目标二静电屏蔽的理解【导思】很多人都遇到过这种情况，正常打着电话，一进电梯手机突然没了信号，手机通话突然被打断，那么，电梯里为什么会没有手机信号呢？(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？(2)我们在进入电梯后，要么手机信号十分不好，要么就根本打不通，这是为什么？电梯是用不锈钢板做成的，可以看成金属容器．电梯可以看成金属容器，起到了静电屏蔽作用．【归纳】——————————————————○1．静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零．2．静电屏蔽的两种情况

导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体【典例】——————————————————○例3.

如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的验电器，能使验电器的金属箔张开的是(

)答案：C解析：图A、B中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A对验电器无作用，故A、B错误；图C中，受带电体A作用，金属网内外分别带等量异种感应电荷，在验电器处有电场，即能使验电器的金属箔张开，故C正确；图D中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使验电器的金属箔张开，故D错误．[训练3]将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示．下列说法正确的是(

)A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向C．A向左偏离竖直方向，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放在不带电的金属空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在静电力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处电场强度为零，故A球不受静电力作用，位置不变．故B正确．答案：B目标三静电的应用与静电危害的防止【导思】——————————————————○如图所示，在工厂里，靠近传送带的工人容易受到电击．经研究发现，这是由于传送带在传送过程中带上了电．(1)为什么靠近传送带的物体会带电？(2)你可以用什么方法来解决这个问题？传送带因为与被传送的物体发生摩擦而带电，靠近传送带的导体因为静电感应也带上了电．要避免这种电击，可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中，让传送带变成导体，再用适当的方法把传送带接地，静电便不会积累．【归纳】——————————————————○1．静电的应用在生产和生活中，静电的应用十分广泛，如激光打印、静电喷漆、静电除尘、静电处理种子、静电处理水、静电放电产生臭氧、静电植绒、静电净化空气、静电提高喷洒农药的效果、静电选矿等．2．静电的危害静电是一种常见现象，也会给人们带来危害．如在印刷厂里，纸张之间摩擦带电，会使纸张粘在一起，难以分开；在印染厂里，棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降；静电对现代高精度电子设备影响很大，大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行，甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件．3．防止静电危害的主要方法与途径(1)尽量减少静电的产生，常用的方法是增大空气的湿度．(2)尽快把静电导走，防止静电积累，常用的简单办法是接地．【典例】——————————————————○例4.

下列做法中，属于预防静电危害的是(

)A．用静电吸附粉尘B.用静电喷涂油漆C．复印机对碳粉的静电吸附D．运输汽油等易燃易爆物品的车辆拖条铁链在地上解析：用静电吸附粉尘、用静电喷涂油漆、复印机对碳粉的静电吸附等是静电的应用．汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，如果不及时地将这些静电导走，一旦出现放电现象，就会发生爆炸事故．铁链使油罐表面与大地相连，使油罐罐体中的电荷不断被导走，这是预防静电的危害，D正确．答案：D[训练4]

[2023·黑龙江哈尔滨市高二上段考]在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐(金属)片，把它们分别跟静电起电机的两极相连；在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕；开启起电机，顿时塑料瓶清澈透明，关闭起电机，又是烟雾缭绕．关于以上实验，下列说法正确的是(

)A.室内的空气湿度越大，实验效果越好B．若锯条接电源负极，金属片接正极，则这些烟尘附着在金属片上面C．起电机开启前，需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功D．起电机开启时，塑料瓶内易拉罐(金属)片边缘电场强度最大答案：B解析：加大空气湿度，由于潮湿的空气易于导电，则起电机产生的静电不容易在铁锯条和易拉罐(金属)片上积累，则该实验不易成功，A错误；若锯条接电源负极，金属片接正极，俘获电子的烟尘带负电，则这些烟尘附着在金属片上面，B正确；锯条和金属片间的电场让空气电离，电离的电子让烟尘颗粒带电，故不需先让烟尘颗粒带上电荷，C错误；起电机开启时，锯条处聚集的电荷密度(单位面积的电荷量)最大，因此锯条边缘的电场强度最大，D错误．精练·落实学科素养1．从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关．联系生活实际对物理基本概念的认识和理解，是学好物理的基础．下列有关电磁学知识的相关说法，正确的是(

)A．图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理B．图乙是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是电磁感应原理C．图丙中超高压带电作业的工作人员，为了保证它们的安全，它们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服D．图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀答案：A解析：家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理，故A正确；避雷针可以避免建筑物被雷击，当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故B错误；超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上金属丝制成的衣服，以起到静电屏蔽的作用，故C错误；静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆与金属表面在静电引力作用下喷涂更均匀，故D错误．2．如图是制作口罩的一种新颖的“静电”绝缘纤维布，熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的飞沫．这种静电的阻隔作用属于(

)A．静电屏蔽B．摩擦起电C．静电吸附D．电磁感应解析：带电物体能吸引轻小物体，带有病毒的飞沫靠近口罩的熔喷层后，会被吸附在表面，无法通过，从而起到隔离病毒的作用，属于静电吸附．答案：C3．矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是(

)答案：A解析：导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误．4．如图所示，P是一个带电体，S代表放在绝缘板上的一些小纸屑，而N是一个不带电的空腔金属球．那么，各图中的纸屑S不会被带电体P吸引的是(

)答案：A解析：由于空腔金属球(或者网罩)无论是否接地，都能把外部的电场屏蔽起来不让它影响内部，A正确；若把空腔金属球(或者网罩)接地，就能够把内部带电体的电场屏蔽起来不让它影响外部电器，B项中金属球未接地，金属球内表面和外表面都有感应电荷，纸屑S会被带电体P吸引，B错误；C、D中带电体与纸屑在同一空间中，不构成静电屏蔽，会被吸引，错误．故选A.5．处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘．如图所示是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在