静电的利用与防护 课件 -2023-2024学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

这些放电现象，有什么共同点吗？带电体带电体导体导体静电感应2.3静电的利用与防护复习回顾-++CAB用金属的微观结构模型来解释静电感应现象：金属的微观结构模型金属内的自由电子在外界带正电的C的吸引下，聚集到靠近C的近端A，导致近端A带负电，远端B带正电问题：把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，根据金属的微观结构模型，自由电子怎样移动呢？E0ACBD自由电子逆着电场线方向定向移动ABCD---ABCD+++电场力的作用下，自由电子发生定向移动。自由电子的定向移动导致电子在AB端集聚，CD端正电荷“暴露”出来。

AB端感应出负电荷、CD端感应出正电荷。E0E0E0ABCD问题：自由电子定向移动会导致怎样的情况发生呢？--++--++问题：导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？导体两侧感应出的正、负电荷会在导体内部产生一个反方向的感应电场E’E’E0E0E0感应电场与外电场叠加抵消（E=E’），直到导体内部各点的电场强度E=0导体内自由电子不再发生定向移动，达到静电平衡状态一.静电平衡：导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态．1.静电平衡的实质:在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。2.静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。3.电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。（由于电荷是以光速移动，所以放入电场后马上达到静电平衡）4.静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,近异远同,如图甲所示。③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。问题：感应起电时，导体达到静电平衡状态，此时电荷分布在导体外表面，不发生定向移动，怎么会产生放电现象呢？强电场使空气分子中正负电荷分离，这种现象叫做空气的电离。问题：小球外表面电荷积累越多，电荷密度越大，则小球外部的电场强度越大。这样的一个强电场会造成什么结果呢？电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动。电离产生的带电粒子与导体上的电荷中和，看起来就像是导体把电荷释放出来。大量带电粒子的运动，使空气中有了电流，发出光和热并产生声音，这就是我们看到放电火花。空气的电离容易在导体的什么部位发生？导体尖端的电荷密度很大，故使空气分子电离的现象更容易发生在导体的尖端。1.空气的电离:导体尖端电荷密度很大,附近的电场很强,强电场作用下的带电粒子剧烈运动,使分子中的正负电荷分离的现象。2.尖端放电:与导体尖端异号的粒子,由于被吸引,而与尖端上电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象。二.尖端放电3.尖端放电的应用与防止:(1)应用:燃气灶电子打火、避雷针等。(2)防止:高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。燃气灶的点火器-----------+++++++++导体尖端电荷密度大尖端周围电场强强电场使空气分子中正负电荷分离带电云层与避雷针间空气成为导体带电云层与避雷针连通形成电路避雷针接地，将云层电荷导入大地避雷针例1.在高大的建筑物上安装避雷针的作用是(

)A．通过尖端放电中和云层中的电荷B．避免放电现象的发生C．直接导走云层中的电荷D．增加电荷在建筑物上的积累A例2.处于静电平衡中的导体，内部电场强度处处为零的原因是(

)A．导体内部无任何电场B．外电场不能进入导体内部C．所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零D例.如图,将锥形壳导体固定在绝缘支架上并与起电机正极的连接杆连接,将尖端对准点燃的烛焰,闭合开关后,发现烛焰被“吹”斜了,下列说法正确的是（）A.尖端处电荷分布最密集,附近电场强度最强,在强电场作用下,尖端与烛焰间的空气电离B.向尖端飞来的电荷受到的电场力越来越大C.负电荷向烛焰飞去,使得烛焰“吹”斜D.负电荷向尖端飞来过程中,电势能增大AB三.静电的利用：1.静电喷涂图中工件带正电，喷杯带负电，油漆从高速旋转的喷杯中飞出，呈雾状并带负电，由于静电吸引作用，油漆雾粒便奔向工件，并附着在工件上，这样可以实现喷漆自动化．(1)原理:静电喷涂是一种利用静电作用使雾化微粒在高压作用下带上负电荷,并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术。(2)优点:静电喷涂具有显著优点,如涂层质量高、涂料利用率高、对使用者操作技术要求低等。在生产和生活中，静电是普遍存在的，静电的应用十分广泛，如静电喷漆、静电除尘、静电植绒、静电复印等。三.静电的利用：2.静电除尘:原理:静电除尘是利用电荷相互作用的性质,把带有不同电性的粉尘从烟气中分离出来,再分类处理的过程。

金属管A接到高压电源的正极，金属丝B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，场强越大．B附近的空气中的气体分子被强电场电离，成为电子和正离子．正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子．电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中．+-三.静电的利用：3.静电复印:(1)原理:静电复印是利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式,又称无压印刷。(2)应用:静电复印技术已发展成一门成熟的技术,被广泛应用于激光打印机、喷墨打印机、模拟式复印机、数字式复印机、速印机、传真机等。4.静电植绒:原理:静电植绒是利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质,通过使绒毛带上负电荷,令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。静电虽然有诸多应用，但静电也时常给人们带来不便、烦恼、甚至危害，长期在静电环境下工作的人容易精神疲劳，头昏目眩1．静电危害的分类：(1)静电力造成的不良后果；(2)静电火花引发的灾害。2．防止静电产生的措施：(1)控制静电的产生；(2)把产生的电荷尽快导走。静电屏蔽就是其中一个可以防止静电危害的措施

当用金属网罩把验电器罩起来时，验电器箔片始终闭合。这是为什么呢？？思考由于金属网罩会瞬间建立起静电平衡，静电平衡的金属网罩内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面，内部场强为零，静电平衡对金属形状及密封与否无关。所以，原来发生静电感应的验电器又恢复到了原来的中和状态，不带电。2.实质：静电屏蔽实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，即所谓屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。四.静电屏蔽1.定义：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。罩上金属网罩四.静电屏蔽静电屏蔽的两种情况类别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屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态外屏蔽内屏蔽飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击(如图所示)。但是当飞机遭遇雷击时,电流可以从雷电云到达飞机头部,纵向流过机身外壳,最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼,横向流过机身,