2024版新教材高中物理第九章靜電場及其應(yīng)用4.靜電的防止與利用課件新人教版必修第三冊

4．靜電的防止與利用核心素養(yǎng)定位物理觀念知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點．科學(xué)思維(1)知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因．(2)會根據(jù)靜電平衡條件求解感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強度．科學(xué)探究觀察演示實驗并對實驗現(xiàn)象分析，體會運用所學(xué)知識進行分析推理的方法．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識共研·突破關(guān)鍵能力精練·落實學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識一、靜電平衡1．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部各點的電場強度E＝0，導(dǎo)體內(nèi)的________不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)．

達到靜電平衡的條件2．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強度特點：內(nèi)部的電場強度________．自由電子處處為0二、尖端放電

也適用于孤立的帶電體單一性質(zhì)的電荷

1．靜電平衡的導(dǎo)體上的電荷分布特點：(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的________；(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)________，周圍的電場強度越大．

使空氣導(dǎo)電變?yōu)閷?dǎo)體2．空氣的電離：在一定條件下，導(dǎo)體尖端周圍的強電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷________．外表面越大分離3．尖端放電現(xiàn)象：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號________的粒子，由于被________而奔向尖端，與尖端上的電荷________，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端________電荷，這種現(xiàn)象叫作尖端放電．4．尖端放電的應(yīng)用與防止：避雷針是應(yīng)用尖端放電原理的例子；高壓設(shè)備中的導(dǎo)體表面應(yīng)該盡量________，是防止尖端放電的例子．相反吸引中和失去光滑三、靜電屏蔽1．靜電屏蔽：靜電平衡時，帶空腔的導(dǎo)體內(nèi)表面沒有電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場強度處處為________，外電場對殼內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作________．2．靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連．0靜電屏蔽四、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在________作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象．2．靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達________而被收集起來的過程．3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為________的工件運動，并沉積在工件的表面．4．靜電復(fù)?。簭?fù)印機應(yīng)用了________的原理，復(fù)印機的有機光導(dǎo)體鼓表面涂覆有機光導(dǎo)體(OPC)，無光照射，OPC是________，受光照時變成導(dǎo)體．靜電力電極正極靜電吸附絕緣體【情境思考】尖端放電、靜電屏蔽、靜電吸附等現(xiàn)象在我們生活中有很多的利用與防止，如圖所示．判斷以下問題．(1)避雷針能避免建筑物被雷擊是因為云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地．(

)(2)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，原因是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)電場強度為零．(

)(3)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度處處為零．(

)(4)飛機輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地．(

)×√√√拓展

1

電荷的分布特點拓展2

避雷針怎么避免雷擊？當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷．通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，達到避免雷擊的目的．拓展3

電子空氣凈化器工作原理拓展4

靜電復(fù)印示意圖共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一靜電平衡的理解【導(dǎo)思】——————————————————○如圖所示，將一個不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動．(1)自由電子將向哪個方向移動？試說明導(dǎo)體左、右兩側(cè)各呈現(xiàn)什么電荷．(2)自由電子能否一直定向運動？為什么？自由電子受向左的電場力，向左運動，左側(cè)呈現(xiàn)負電荷，右側(cè)呈現(xiàn)正電荷．自由電子不會一直定向運動．因為感應(yīng)電荷的電場和外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當(dāng)這兩個電場大小相等時，電子將停止定向移動．【歸納】——————————————————○1．對靜電平衡的三點理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發(fā)生定向移動．(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的．(3)導(dǎo)體達到靜電平衡后內(nèi)部電場強度處處為零是指外電場E與導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E′的合電場強度為零，E′＝－E.2．處于靜電平衡時的導(dǎo)體上的電荷分布特點(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒有凈電荷．(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，近異遠同，如圖所示．(3)凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集．【典例】——————————————————○例1.(多選)長為l的金屬棒原來不帶電，現(xiàn)將一個帶負電的點電荷(電荷量的絕對值為q)放在金屬棒的中心軸線上距離棒的左端R處，如圖所示．當(dāng)金屬棒達到靜電平衡后，以下說法中正確的是(

)答案：BC

思維提升求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強度的方法(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向．(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場E感的大小和方向．

例2.

如圖所示，一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8C的正電荷，上端開有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負電荷．使B球和A球內(nèi)壁接觸，則A、B帶電荷量分別為(

)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球與A球內(nèi)壁接觸后成為一個新的導(dǎo)體，處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部凈電荷量為零，帶電導(dǎo)體的電荷只能分布于導(dǎo)體的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正確．答案：B[訓(xùn)練1]如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點電荷形成的電場中，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)．下列說法正確的是(

)A．導(dǎo)體內(nèi)部A點的電場強度大于B點的電場強度B.感應(yīng)電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＝EBC.感應(yīng)電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＜EBD．當(dāng)開關(guān)S閉合時，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動答案：D解析：枕形導(dǎo)體在正點電荷附近，出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)致電荷重新分布，因此在枕形導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為零，A錯誤；導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度處處為零，所以感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場的電場強度的大小與點電荷產(chǎn)生的電場的電場強度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C錯誤；當(dāng)開關(guān)S閉合時，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動，D正確．[訓(xùn)練2]如圖所示，A、B、C為等邊三角形的三個頂點，相距為L的A、B兩點分別固定有電荷量為＋Q和－2Q(Q>0)的點電荷，C點固定一個銅球．靜電力常量為k.銅球上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在C點的電場強度大小為(

)

答案：A

目標(biāo)二靜電屏蔽的理解【導(dǎo)思】很多人都遇到過這種情況，正常打著電話，一進電梯手機突然沒了信號，手機通話突然被打斷，那么，電梯里為什么會沒有手機信號呢？(1)電梯是什么材質(zhì)的，能否被看成是金屬容器？(2)我們在進入電梯后，要么手機信號十分不好，要么就根本打不通，這是為什么？電梯是用不銹鋼板做成的，可以看成金屬容器．電梯可以看成金屬容器，起到了靜電屏蔽作用．【歸納】——————————————————○1．靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零．2．靜電屏蔽的兩種情況

導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在空腔內(nèi)的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體【典例】——————————————————○例3.

如圖所示，A是帶正電的物體，B是金屬網(wǎng)，C是原來不帶電的驗電器，能使驗電器的金屬箔張開的是(

)答案：C解析：圖A、B中，由于金屬網(wǎng)的屏蔽作用，帶電體A對驗電器無作用，故A、B錯誤；圖C中，受帶電體A作用，金屬網(wǎng)內(nèi)外分別帶等量異種感應(yīng)電荷，在驗電器處有電場，即能使驗電器的金屬箔張開，故C正確；圖D中由于金屬網(wǎng)接地，網(wǎng)罩外無電場，無法使驗電器的金屬箔張開，故D錯誤．[訓(xùn)練3]將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不與球接觸)，另有一個懸掛在絕緣細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示．下列說法正確的是(

)A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變解析：帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負電，因此B所在處有電場，所以B在靜電力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場，所以，A所在處電場強度為零，故A球不受靜電力作用，位置不變．故B正確．答案：B目標(biāo)三靜電的應(yīng)用與靜電危害的防止【導(dǎo)思】——————————————————○如圖所示，在工廠里，靠近傳送帶的工人容易受到電擊．經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這是由于傳送帶在傳送過程中帶上了電．(1)為什么靠近傳送帶的物體會帶電？(2)你可以用什么方法來解決這個問題？傳送帶因為與被傳送的物體發(fā)生摩擦而帶電，靠近傳送帶的導(dǎo)體因為靜電感應(yīng)也帶上了電．要避免這種電擊，可以把導(dǎo)體材料如金屬絲等摻到傳送帶材料中，讓傳送帶變成導(dǎo)體，再用適當(dāng)?shù)姆椒ò褌魉蛶Ы拥兀o電便不會積累．【歸納】——————————————————○1．靜電的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活中，靜電的應(yīng)用十分廣泛，如激光打印、靜電噴漆、靜電除塵、靜電處理種子、靜電處理水、靜電放電產(chǎn)生臭氧、靜電植絨、靜電凈化空氣、靜電提高噴灑農(nóng)藥的效果、靜電選礦等．2．靜電的危害靜電是一種常見現(xiàn)象，也會給人們帶來危害．如在印刷廠里，紙張之間摩擦帶電，會使紙張粘在一起，難以分開；在印染廠里，棉紗、毛絨、人造纖維上的靜電會吸引空氣中的塵埃，使印染質(zhì)量下降；靜電對現(xiàn)代高精度電子設(shè)備影響很大，大量的靜電不但會妨礙電子設(shè)備的正常運行，甚至?xí)蚧鸹ǚ烹姸鴵舸╇娮觾x器的某些器件．3．防止靜電危害的主要方法與途徑(1)盡量減少靜電的產(chǎn)生，常用的方法是增大空氣的濕度．(2)盡快把靜電導(dǎo)走，防止靜電積累，常用的簡單辦法是接地．【典例】——————————————————○例4.

下列做法中，屬于預(yù)防靜電危害的是(

)A．用靜電吸附粉塵B.用靜電噴涂油漆C．復(fù)印機對碳粉的靜電吸附D．運輸汽油等易燃易爆物品的車輛拖條鐵鏈在地上解析：用靜電吸附粉塵、用靜電噴涂油漆、復(fù)印機對碳粉的靜電吸附等是靜電的應(yīng)用．汽車行駛時，油罐中的汽油隨車的振動摩擦起電，如果不及時地將這些靜電導(dǎo)走，一旦出現(xiàn)放電現(xiàn)象，就會發(fā)生爆炸事故．鐵鏈?zhǔn)褂凸薇砻媾c大地相連，使油罐罐體中的電荷不斷被導(dǎo)走，這是預(yù)防靜電的危害，D正確．答案：D[訓(xùn)練4]

[2023·黑龍江哈爾濱市高二上段考]在一次科學(xué)晚會上，一位老師表演了一個“魔術(shù)”：一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐(金屬)片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連；在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞；開啟起電機，頓時塑料瓶清澈透明，關(guān)閉起電機，又是煙霧繚繞．關(guān)于以上實驗，下列說法正確的是(

)A.室內(nèi)的空氣濕度越大，實驗效果越好B．若鋸條接電源負極，金屬片接正極，則這些煙塵附著在金屬片上面C．起電機開啟前，需先讓煙塵顆粒帶上電荷才能做成功D．起電機開啟時，塑料瓶內(nèi)易拉罐(金屬)片邊緣電場強度最大答案：B解析：加大空氣濕度，由于潮濕的空氣易于導(dǎo)電，則起電機產(chǎn)生的靜電不容易在鐵鋸條和易拉罐(金屬)片上積累，則該實驗不易成功，A錯誤；若鋸條接電源負極，金屬片接正極，俘獲電子的煙塵帶負電，則這些煙塵附著在金屬片上面，B正確；鋸條和金屬片間的電場讓空氣電離，電離的電子讓煙塵顆粒帶電，故不需先讓煙塵顆粒帶上電荷，C錯誤；起電機開啟時，鋸條處聚集的電荷密度(單位面積的電荷量)最大，因此鋸條邊緣的電場強度最大，D錯誤．精練·落實學(xué)科素養(yǎng)1．從生活走向物理，從物理走向社會，物理和生活息息相關(guān)．聯(lián)系生活實際對物理基本概念的認(rèn)識和理解，是學(xué)好物理的基礎(chǔ)．下列有關(guān)電磁學(xué)知識的相關(guān)說法，正確的是(

)A．圖甲中家用煤氣灶點火裝置的針形放電電極，利用了尖端放電的工作原理B．圖乙是避雷針的示意圖，避雷針防止建筑物被雷擊的原理是電磁感應(yīng)原理C．圖丙中超高壓帶電作業(yè)的工作人員，為了保證它們的安全，它們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服D．圖丁為靜電噴漆的示意圖，靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更均勻答案：A解析：家用煤氣灶點火裝置的針形放電電極，利用了尖端放電的工作原理，故A正確；避雷針可以避免建筑物被雷擊，當(dāng)帶電云層靠近建筑物時，避雷針上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷會通過針尖放電，逐漸中和云中的電荷，使建筑物免遭雷擊，其原理為尖端放電，故B錯誤；超高壓帶電作業(yè)的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上金屬絲制成的衣服，以起到靜電屏蔽的作用，故C錯誤；靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相反的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電引力作用下噴涂更均勻，故D錯誤．2．如圖是制作口罩的一種新穎的“靜電”絕緣纖維布，熔噴層經(jīng)駐極工藝，表面帶有電荷，它能阻隔幾微米的飛沫．這種靜電的阻隔作用屬于(

)A．靜電屏蔽B．摩擦起電C．靜電吸附D．電磁感應(yīng)解析：帶電物體能吸引輕小物體，帶有病毒的飛沫靠近口罩的熔噴層后，會被吸附在表面，無法通過，從而起到隔離病毒的作用，屬于靜電吸附．答案：C3．矩形金屬導(dǎo)體處于正點電荷Q產(chǎn)生的電場中，靜電平衡時感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在導(dǎo)體內(nèi)的電場線分布情況正確的是(

)答案：A解析：導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為0，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部某處產(chǎn)生的電場與場源電荷Q在此處產(chǎn)生的電場場強大小相等，方向相反，故A正確，B、C、D錯誤．4．如圖所示，P是一個帶電體，S代表放在絕緣板上的一些小紙屑，而N是一個不帶電的空腔金屬球．那么，各圖中的紙屑S不會被帶電體P吸引的是(

)答案：A解析：由于空腔金屬球(或者網(wǎng)罩)無論是否接地，都能把外部的電場屏蔽起來不讓它影響內(nèi)部，A正確；若把空腔金屬球(或者網(wǎng)罩)接地，就能夠把內(nèi)部帶電體的電場屏蔽起來不讓它影響外部電器，B項中金屬球未接地，金屬球內(nèi)表面和外表面都有感應(yīng)電荷，紙屑S會被帶電體P吸引，B錯誤；C、D中帶電體與紙屑在同一空間中，不構(gòu)成靜電屏蔽，會被吸引，錯誤．故選A.5．處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，利用此原理可以進行靜電除塵．如圖所示是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針與手搖起電機的負極相連，在