物理静电的防止与利用课件+-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章静电场及其应用9．4静电的防止与利用目录1234静电平衡静电的防止静电的利用小结和练习?问题导入自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？静电平衡01回顾“电荷”一节，学习过金属内部的微观结构，导体内部有着大量的自由电子。如果把带电体靠近导体，由于电荷间的相互作用，导体内部的自由电子会发生转移，使得导体最终靠近带电体的一端带上与带电体不同种的电荷，远离带电体的一端带上同种电荷。这种现象叫作静电感应。1静电平衡学过电场相关知识后，我们知道电荷间的相互作用力是电场给予的，如果把导体放入静电场中，思考以下问题：1．自由电子会怎样移动？2．自由电子会在什么地方积聚？3．电子的积聚会出现怎样的结果？4．最终会出现怎样的现象？1静电平衡

将一个不带电的金属导体放置于电场强度为E0的电场中。金属导体内含有大量自由电子，由于静电感应，这些自由电子向着与E0相反的方向运动，所以在下图的导体左侧出现负电荷，右侧出现正电荷。1静电平衡----------------＋＋＋＋

分布在导体两侧的正电荷和负电荷在导体内部产生一个与E0方向相反的电场E′，导体内部的合场强为E合＝E0－E′，当E′小于E0时，E合方向向右，受到库仑力作用，负电荷继续在导体左侧堆积，直到E合＝0，电子不再发生定向移动。这时我们说导体达到静电平衡状态。1静电平衡-------＋＋＋＋E′----＋＋＋＋E＝0导体内部（包括表面）的自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。处于静电平衡的导体，内部的电场强度处处为零，此时，外电场和感应电荷在导体内部产生的电场大小相等、方向相反。1静电平衡静电的防止02静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的表面。导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。1尖端放电一定条件下，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，这种现象就叫作空气的电离。导体尖端的强电场使附近的空气电离后，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，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尖端放电1尖端放电尖端的强电场周围空气电离尖端电荷中和尖端释放电荷等效于生活中有很多地方用到了尖端放电的现象。1尖端放电燃气灶的点火器打火机点火器避雷针是利用尖端放电现象的一种设施。将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接。当雷云接近建筑物时，由于静电感应，尖端会产生与雷云相反的电荷。通过尖端放电，不断向大气释放电荷，中和空气中的电荷，达到避免建筑物遭到雷击的目的。避雷的意思不是避免雷电发生，而是把雷电引到自身，从而避免附近物体受到雷电的危害。1尖端放电

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尽量光滑。1尖端放电

如果人在金属笼里，给金属笼加上高压电，人还安全吗？2静电屏蔽使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。用金属网把验电器罩起来，再使带电的金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。这个现象说明了什么？2静电屏蔽处于静电平衡的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。外部电场和感应电荷产生的电场，在导体内部叠加，使得导体内部不再受外部电场影响。如果换成一个空腔导体又会怎样呢？2静电屏蔽----＋＋＋＋E＝0空腔导体，放入静电场中，由于静电感应，导体内部电荷也会等量分布在导体的两端，感应电荷产生的电场和外部电场叠加，最终空腔导体内部的电场强度也会为0。也就是说无论导体外部的电场是什么样的，导体内部都不会有电场。导体壳的这种性质在技术上很有实用价值，把一个电学仪器放在封闭的金属壳中，即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。2静电屏蔽电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此达到静电屏蔽的目的，来保护高压输电线不受雷击。2静电屏蔽还有一种特殊的静电屏蔽，即接地的导体壳可以屏蔽内部电场对导体壳外部的影响。其本质仍是静电感应，使导体壳内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间产生的场强的叠加结果为零。2静电屏蔽解释一下，为什么供电箱外面是密闭的金属壳。2静电屏蔽静电的危害可能随时发生。医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；煤矿里静电火花会引起瓦斯爆炸···因此，静电的危害必须引起人们的警惕。2静电屏蔽例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。但是当飞机遭遇雷击时，电流可以从雷电云达到飞机头部，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，但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？2静电屏蔽答：飞机外壳是金属材料的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的乘客。静电的利用03静电虽然有危害，但也可以利用。在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，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。1静电吸附演示实验静电除尘1静电吸附思考：1．现象产生的原因是什么？2．烟尘通常是电中性的，哪来的带电粒子？1静电吸附静电除尘，设法使空气中的尘埃带电，在静电力的作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。静电除尘器是由板状收集器和线状电离器组成。1静电吸附静电喷漆：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工件运动，并沉积在工件表面，完成喷漆工作。静电复印：复印机也应用了静电吸附，复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，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。复印机复印工作过程如下图。1静电吸附小结和练习04静电平衡；尖端放电；静电屏蔽；静电吸附；1小结1．一金属球原来不带电，现在球直径的延长线上放置一均匀带电的细杆

MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上

a、b、c

三点的电场强度大小分别为

Ea、Eb、Ec，三者相比，则（）A．Ea

最大B．Eb

最大C．Ec

最大D．Ea＝Eb＝Ec2练习C2．在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高压，通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电极是钉尖形的。这是为什么？与此相反的，验电器的金属杆上端却固定一个金属球，而不是做成针尖状的，这又是为什么？2练习答：点火器的放电电极做成钉尖形是为了利用尖端放电现象，使在电压不高的情况下也容易点火。验电器的金属杆上端固定一个金属球是为了防止出现尖端放电现象，使验电器的电压较高时也不会放电（漏电）。3．口罩中使用的熔喷布经驻极处理后，对空气的过滤增加静电吸附功能。驻极处理装置如图所示，针状电极与平板电极分别接高压直流电源的正、负极，针尖附近的空气被电离后，带电粒子在电场力作用下运动，熔喷布捕获带电粒子带上静电，平板电极表面为等势面，熔喷布带电后对电场的影响可忽略不计，下列说法正确的是（）A．熔喷布上表面因捕获带电粒子将带负电B．针状电极上，针尖附近的电场较弱C．沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐减小D．沿图中虚线向熔喷布运动的带电粒子，其加速度逐渐增大2练习C4．国家电网检修人员利用直升机直接或通过绝缘绳索等间接方式将作业人员运载至线路故障位置开展带电检修。请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（）A．电工被铜丝纺织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用B．直升飞机内存在很强的电场C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作