2024年新教材高中物理9.4静电的防止与利用讲义无答案新人教版必修第三册

静电的防止与利用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．了解空气电离和尖端放电现象。3．知道导体上电荷的分布规律。(难点)4．知道什么是静电屏蔽及其有关应用。(重点)5．了解静电除尘、静电喷漆和静电复印的原理。1．对静电平衡问题的理解，导体在静电平衡状态时的特点。2．尖端放电现象及其应用和防止。3．静电屏蔽现象理解与分析。4．静电的产生、应用和防止。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的现象。2．静电平衡状态：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。3．导体内部电场强度特点：内部电场强度。二、尖端放电1．电离：导体尖端的电荷密度，旁边的电场强度，空气中的带电粒子猛烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷的现象。2．尖端放电：导体尖端的强电场使旁边的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷，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：是利用尖端放电避开雷击的一种设施。(2)防止：高压设备中导体的表面尽量，削减电能的损失。三、静电屏蔽1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场，外电场对壳内不会产生影响。2．静电屏蔽的应用(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。四、静电吸附1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。2．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，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。3．静电复印的工作过程：(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。学问点一对静电平衡的理解1．静电平衡的过程(1)电荷分布的改变状况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。(2)合电场强度的改变状况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷接着增加，合电场强度渐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。2．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特别短暂的。(3)导体达到静电平衡后内部电场强度到处为零是指外电场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。3．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，如图甲所示。(3)净电荷在导体表面的分布不匀称，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。甲乙处于静电平衡的导体四周的电场分布状况静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。【例1】在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，假如在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少？方向如何？上例中，若将点电荷B移走，其他条件不变，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度大小为多少？方向如何？1．(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列试验方法中能使验电器箔片张开的是()A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C．用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D．使验电器A靠近B学问点二对静电屏蔽的理解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，似乎是金属壳将外电场“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．静电屏蔽的两种状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在空腔内的合场强为零，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，外部电场消逝，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屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体【例2】如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则()A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电2．如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不跟球壁接触)，再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，但不接触时()A．小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向B．小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向C．小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变D．小球A和B的位置都不变学问点三静电的产生、应用和防止1．静电是如何产生的两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可快速流失，而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到肯定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响。2．静电的应用和防止(1)静电的应用利用静电的性质应用举例利用静电能吸引较小物体静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘利用高压产生的电场静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理利用放电产生物臭氧防止紫外线、氮合成氨(2)静电的防止防止静电危害的基本方法是尽快把产生的静电导走，避开越积越多。防止静电的途径主要有：①避开产生静电，例如，在可能状况下选用不易产生静电的材料。②避开静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。【例3】(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是()A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场B．涂料微粒肯定带正电C．涂料微粒肯定带负电D．涂料微粒可以带正电，也可以带负电3．如图为静电除尘示意图，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是()A．Q接电源的正极，且电场强度Em＝EnB．Q接电源的正极，且电场强度Em＞EnC．P接电源的正极，且电场强度Em＝EnD．P接电源的正极，且电场强度Em＞En1．某探讨性学习小组学习电学学问后对电工穿的高压作业服进行探讨，发觉高压作业服是用铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是()A．甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织B．乙认为电工被铜丝纺织的衣服包袱，使身体能够导电，对人体起爱护作用C．丙认为电工被铜丝纺织的衣服包袱，使体内场强保持为零，对人体起爱护作用D．丁认为铜丝必需达到肯定的厚度，才能对人体起到爱护作用2．(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是()A．运输汽油的油罐车后有一条拖在地面上的铁链B．轿车顶部有一根露在外面的天线C．印染车间总保持适当的湿度D．铺在房间的地毯中夹杂着0.05mm的不锈钢丝导电纤维3．如图所示，先用绝缘细线将导体悬挂起来，并使导体带电。然后用带绝缘柄的不带电小球接触A点，再用小球与验电器接触。用同样的方法检验B、C部位的带电状况，则()A．与A接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度最大B．与C接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度最大C．与A、B、C接触再与验电器接触，验电器箔片张开的角度一样大D．通过试验可确定导体上平坦部位电