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2020-2021学年高中物理 第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止与利用学案 新人教版必修32020-2021学年高中物理 第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止与利用学案 新人教版必修3年级：姓名：- 11 -静电的防止与利用【学习目标】1知道静电平衡的概念，知道静电平衡是静电感应的结果。2了解尖端放电及其应用。3知道静电屏蔽及其应用。4了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的原理。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理落实新知 知识点 1 静电平衡1静电平衡放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷，而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场_反向_，使导体内部的电场_减弱_，当导体内部电场为0时，导体内的自由电荷不再发生_定向_移动，这时导体就达到静电平衡。2导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为_0_。知识点 2 尖端放电1在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的_密度_越大，周围的电场强度越大。2电离：导体尖端周围的强电场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_的现象。3尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，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，与尖端上的电荷_中和_，相当于导体从尖端_失去_电荷的现象。4应用：建筑物的顶端安装上_避雷针_以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面尽量_光滑_，以减少电能损失。知识点 3 静电屏蔽1处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的_外表面_。2静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为0，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应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或_金属网_里；野外三条高压输电线上方架设两条导线，与_大地_相连，把高压输电线屏蔽起来。知识点 4 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：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时是_绝缘体_，有光照时是_导体_，复印机复印的工作流程：充电、曝光、显影、转印、放电。预习自测 判一判(1)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。()(2)静电平衡时，导体内部场强为零。()(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。()(4)静电平衡时，导体内部表现为电中性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。()(5)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。()(6)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静电屏蔽作用。()(7)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。()选一选(多选)如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是(BC)A采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破B采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽C电工穿上屏蔽服后，体内场强为零D电工穿上屏蔽服后，体内没有自由电荷解析：屏蔽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静电屏蔽，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害；正是由于体内自由电荷的重新分布形成的电场把外电场抵消而使电场中的导体内的电场强度为0，所以BC正确，AD错误。想一想你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？解析：若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作。课内互动探究细研深究破疑解难 探究对静电平衡及其特点的理解情境导入_如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。(1)这种定向移动是无休止的吗？(2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？提示：(1)不是(2)有要点提炼_1静电平衡实质(1)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)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合0。2静电平衡导体的电荷分布特点内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图甲所示：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：特别提醒(1)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。(2)人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到静电平衡状态。典例剖析_典例1 长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于，方向为_向左_。思路引导：求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法：(1)先求出外电场场强E外的大小和方向。(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合0。(3)由E外E感0，求出感应电场E感的大小和方向。解析：导体棒在点电荷q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任意一点都受两个电场的影响，即外电场(q在该点形成的电场E0)和附加电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E)，达到静电平衡状态时EE0。题中所求的即为E，EE0，负号代表E和E0方向相反，即方向向左。对点训练_1一个带有绝缘底座的空心金属球壳A上均匀带有4108C的正电荷，有绝缘柄的金属小球B上带有2108C的负电荷，使B球与球壳A内壁接触。如图所示，则A、B带电荷量分别为(B)AQA1108 C，QB1108 CBQA2108 C，QB0CQA0，QB2108 CDQA4108 C，QB2108 C解析：由于A、B带异种电荷，接触以后，要先中和掉一部分电荷，中和以后可以把A、B看作一个整体，对于这个整体来说，由于静电平衡其净电荷只分布在外表面上，它的内壁和B球将无净电荷的分布。所以QA2108 C，QB0。探究对静电屏蔽的理解情境导入_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？提示：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。要点提炼_1静电屏蔽的实质静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，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，矢量和为零而已。2静电屏蔽的两种情况(1)金属壳内部不受外部影响如图：把验电器靠近带电体，箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图甲所示，当把导体壳接地后，q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图乙所示。特别提醒(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响。典例剖析_典例2 (多选)下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引(AD)思路引导：不接地的空腔物体可以屏蔽外界电场，接地的空腔物体可以屏蔽内部的电场，其本质都是由于外界电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清原电荷产生的电场、感应电场以及叠加后的合电场。解析：小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但内部的极性分子也会在电场力的作用下移动，使异种电荷一端更靠近施感电荷，因而也会受到施感电荷的吸引力。A中由于静电屏蔽，P的电场影响不到导体N的内部，即N内部无电场，所以S不会被吸引，A正确；B中N没有接地，P的电场会影响到N的外部，即S处有电场，S会被吸引；C中P和S都处于导体N的外部，S处有电场，会被吸引；D中N被接地，内部电场不影响导体外部，即S处无电场，不会被吸引，D正确。对点训练_2如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是(BC)A鸟的脚爪与金属架绝缘B金属鸟笼起静电屏蔽的作用C鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面D起电机使笼带电，笼的电场强度不会很高解析：由于金属鸟笼的静电屏蔽作用，使得鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面，C正确、B正确；鸟的脚爪与金属架不是绝缘的，A错误；起电机使鸟笼带电，笼的外部电场强度可以达到很高，D错误。探究 静电的应用与防止情境导入_如图所示，在工厂里，靠近传送带的工人经常受到电击。经研究发现，这是由于传送带在传送过程中带上了电。(1)解释为什么靠近传送带的物体会带电？(2)你可以用什么方法来解决这个问题？提示：(1)传送带因为与被传送的物体间发生摩擦而带电，靠近传送带的物体因为静电感应也带上电。(2)要避免这种电击，可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中，让传送带变成导体，或者用导体制造传送带，再用适当的方法把传送带接地，静电便不会积累，工人也不会再遭电击。要点提炼_1应用：静电应用依据的物理原理几乎都是让带电的物质粒子在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。2危害：静电由于吸附尘埃会给印刷、合成纤维等工业生产带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用。静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。3防止：最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的湿度也是防止静电危害的有效方法。典例剖析_典例3 (多选)随着人们生活水平的提高，各种家用电器日益走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，有效防止静电，下列可行的是(ABD)A室内要勤拖地、勤洒些水B要勤洗澡、勤换衣服C选择柔软、光滑的化纤类衣物D尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具思路引导：了解常见的静电危害、理解静电作用的特点、知道防止静电危害的基本方法是分析、解决该类实际问题的基础。解析：室内要保持一定的湿度，室内要勤拖地、勤洒些水；要勤洗澡、勤换衣服，以消除人体表面积聚的静电荷。对于老年人，应选择柔软、光滑的棉纺织衣物，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度；尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。对点训练_3静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是(A)A涂料微粒一定带正电B涂料微粒一定带负电C涂料微粒可能带正电，也可能带负电D喷嘴与工件之间的电场为匀强电场解析：根据电荷间的相互作用特点结合题目中现象图分析。静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项D错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微料应带正电，选项A正确，B、C错误。核心素养提升以题说法启智培优 古建筑上的避雷针案例 请观察建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。解析：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。