人教版高中物理必修第三册第九章静电场及其应用9-4静电的防止与利用课件

第九章静电场及其应用学习目标1.通过静电感应和电场叠加原理,理解静电平衡状态的形成过程.知道处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0,培养知识迁移能力.2.结合生活现象,知道尖端放电现象、静电屏蔽现象、静电吸附现象及有关应用,培养运用物理知识分析实际问题的能力.3.通过对静电复印、静电喷漆和静电除尘等技术应用中的静电现象进行分析,了解静电在生产、生活中的应用.关注生产、生活中的静电现象,体会物理学与生产和生活的紧密联系.4

静电的防止与利用知识点一静电平衡答案:发生静电感应现象.导体内自由电子的定向移动不是无休止的,当达到静电平衡后,电子将不再定向移动.1.如图所示,带电体C靠近不带电的导体A、B会发生什么现象?导体内电荷的定向移动是无休止的吗?2.静电平衡状态:导体中(包括表面)

不再发生定向移动.3.静电平衡状态的特征.(1)处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度

.(2)处于静电平衡状态的导体,表面处的电场强度

,表面处的电场方向跟导体表面

.自由电子处处为0不为0垂直知识点二尖端放电1.空气的电离:静电平衡时,电荷只分布在导体的外面表.在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度

,周围的电场强度越大.在一定条件下,导体尖端周围的

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

.分离.这个现象叫作空气的电离.2.尖端放电:空气电离后,那些所带电荷与导体尖端的电荷符号

的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷

,这相当于导体从尖端失去电荷.这种现象叫作尖端放电.越大强电场正负电荷相反中和3.尖端放电的应用与防止.(1)应用:_______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要尽量______,这样能减少电能的损失.避雷针光滑1.如图所示，法拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作业原理的设备.笼体与大地连通，当带有10万伏高压的放电杆尖端接近笼体时,出现放电火花,这时笼体内的表演者用手触摸笼壁接近放电火花是否会触电?为什么?知识点三静电屏蔽答案:不会.法拉第笼外壳是金属,能起屏蔽作用,所以表演者在笼内是安全的.2.静电屏蔽:把一个电学仪器放在封闭的金属壳里,即使壳外有

,但由于壳内电场强度保持为

,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静电屏蔽.3.实现静电屏蔽的器材:不一定要用

的金属容器,

也能起到屏蔽作用.电场0密封金属网知识点四静电吸附1.静电吸附:在电场中,带电粒子受到

的作用,向着电极运动,最后会被吸附在电极上.2.静电吸附的应用:

、

、

.静电力静电除尘静电喷漆静电复印小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为0.(

)2.处于静电平衡状态的导体,导体内部无电场.(

)3.所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为0.(

)4.用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,则验电器箔片能张开.(

)5.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.(

)6.在印染厂中保持适当的湿度,是为了防止静电的危害.(

)√×××√√探究一静电平衡和尖端放电问题情境

(1)金属导体内自由电子定向移动的原因是什么?定向移动的方向如何?答案:金属导体内自由电子受外加电场的静电力作用而做定向移动.自由电子向着与电场相反的方向定向移动.(2)自由电子会在什么地方积聚?电荷的积聚对金属导体内的电场有怎样的影响?答案:自由电子沿静电力方向移动,积聚在导体两侧平面.电荷积聚形成感应电场,与外加电场方向相反,使导体内部的电场减弱.(3)自由电子能否一直定向移动?为什么?答案:不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向,当这两个电场的电场强度大小相同时,导体内部各点的电场强度为0,导体内的电子不再发生定向移动.这时,导体达到静电平衡状态.2.中国古建筑屋脊两头分别有一个仰起的龙头,龙口吐出曲折的金属舌头,伸向天空,舌根连接一根细的铁丝,直通地下.当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静电感应,金属舌头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.(1)为什么导体尖端附近的空气容易发生电离?答案:因为导体的尖端电荷密度很大,附近电场强度很大,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?答案:“尖端放电”并不是导体尖端的电荷跑到空气中去了,而是空气电离产生的与导体尖端电性相反的电荷奔向尖端,与尖端的电荷中和了.过程建构1.对静电平衡的理解.(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,但仍在做无规则运动.(2)金属导体建立静电平衡的时间非常短暂.(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为0,是指外电场E0与导体两端的感应电荷产生的附加电场E'的矢量和为0,E'=-E0.2.静电平衡状态下的导体的电荷分布特点.(1)电荷都分布在导体的表面,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,远同近异,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密集,平滑处电荷稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示.甲乙3.对尖端放电的理解.(1)尖端放电的发生还与周围环境情况有关.环境温度越高、湿度越低越容易发生尖端放电.(2)尖端放电会导致高压设备上电能的损失,所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑.【典例1】如图所示,一个方形的金属盒原来不带电,现将一个电荷量为+Q的点电荷放在金属盒左边附近,达到静电平衡后,盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是(

)ABCD解析:金属盒内部由于处于静电平衡状态,因此内部每点的合电场强度都为0,即金属盒内的每一点,感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷+Q在那点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反,即感应电荷的电场线与点电荷+Q的电场线重合,但方向相反,故选项C正确.

【变式】如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中,导体处于静电平衡时,下列说法正确的是(

)A.当开关S断开时,导体左端带正电,右端带负电B.当开关S闭合时,导体左端带负电,右端带正电C.当开关S断开时,A、B两点电场强度相等,且都为0D.当开关S闭合时,A、B两点电场强度不相等答案:C探究二静电屏蔽和静电吸附问题情境1.如图所示,使带电的金属球C靠近验电器,但不接触,箔片是否张开?为什么?答案:验电器箔片会张开.由于静电感应,验电器的金属箔片会带上与金属球C电性相同的电荷,所以验电器箔片会张开.2.如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球C靠近验电器,观察箔片是否张开.这个现象说明什么?答案:有金属网时,验电器箔片不张开.金属网可以起到静电屏蔽作用.过程建构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,金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为0,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0.2.静电屏蔽的两种情况.图示实现过程因场源电荷产生的电场E0与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的电场E'满足E0=-E',达到静电平衡状态,从而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3.静电吸附在生产技术上的应用.(1)静电除尘:设法使空气中的尘埃带电,在静电力作用下,尘埃到达电极而被收集起来.(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:复印机的核心部件表面涂覆有机光导体(OPC).没有光照时OPC是绝缘体,受到光照时变成导体.【典例2】某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究,发现高压作业服是用铜丝编织的.下列四位同学的结论正确的是(

)A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破,所以用铜丝编织B.乙认为铜丝编织的衣服必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用C.丙认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,体内的电场强度不为0,但对人体无伤害D.丁认为电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为0,对人体起保护作用解析:高压作业服的作用是在穿用后,使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个屏蔽面,从而保护人体免受高压电场及电磁波的危害.电工体内电场强度为0,所以选项D正确.答案:D课堂评价答案:A1.处于静电平衡的导体,其内部电场强度处处为0的原因是(

)A.外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为0B.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0D.以上解释都不正确答案:D2.下列说法不属于静电现象应用的是 ()A.静电除尘可用于回收水泥粉尘B.复印机应用静电吸附,实现复印工作C.带负电的油漆微粒沉积在作为正极的工件表面,完成喷漆工作D.印刷厂里纸张之间因摩擦带电而吸附在一起,给印刷带来麻烦3.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从小孔中放入金属壳内,但不与B接触,达到静电平衡状态后,则(

)答案:DA.B的空腔内电场强度为0B.B不带电C.B的外表面带正电D.B的内表面带负电4.静电在各种产业和日常生活中有着重要的应用,如静电除尘、静电复印等,所依据的基本原理几乎都是让带电的物质微粒在电场作用下奔向并吸附到电极上.现有三个粒子A、B、C从P点向下射入由正、负电极产生的电场中,它们的运动轨迹如图所示,则(

)答案:BA.A带负电荷,B带正电荷,C不带电荷B.A带正电荷,B不带电荷,C带负电荷C.A带负电荷,B不带电荷,C带正电荷D.A带正电荷,B带负电荷,C不带电荷5.静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器.某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板,图中直线ab为该收尘板的横截面.工作时收尘板带正电,其左侧的电场线分布如图所示