2020_2021学年新教材高中物理第九章静电场及其应用4静电的防止与利用课件新人教版必修3.ppt

第4节静电的防止与利用核心素养物理观念科学思维科学探究1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点。

2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。

会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的场强。

1.观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法。

2.查阅并搜集资料，了解静电屏蔽和静电吸附在技术和生活中的应用。

知识点一静电平衡状态、导体上电荷的分布[观图助学](1)(2)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？1.静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。

2.静电平衡状态导体中(包括表面)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。

3.静电平衡状态下导体的特点(1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。

(2)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。

4.导体上电荷的分布(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)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

[思考判断](1)处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面可能垂直，可能平行，也可能成任意夹角。

(×)(2)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度为0，所以处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。

(√)知识点二尖端放电、静电屏蔽和静电吸附[观图助学](1)避雷针的作用是什么(如图甲所示)?(2)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(如图乙所示)。

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？甲乙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。

4。

静电的防止与利用学习目标：1.［物理观念]知道静电平衡、静电屏蔽的概念。

2.［科学思维］会分析静电平衡状态下电荷的分布规律。

3。

［科学探究］通过对处于静电平衡状态的导体中电场的性质分析认识静电屏蔽. 4.[科学态度与责任］通过对静电的了解,进一步认识其有利与危害之处。

阅读本节教材，回答第18页“问题”并梳理必要知识点。

教材P18问题提示：这是为了消除人体上因摩擦而产生的静电，防止加油时火花放电引起安全事故。

一、静电平衡1．静电感应现象：放入电场中的导体,由于静电感应,在导体的两侧出现感应电荷的现象。

2．静电平衡状态:导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。

二、尖端放电1．电离:导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大,空气中的带电粒子剧烈运动,从而使空气分子被撞“散"而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。

2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象.3．尖端放电的应用与防止(1）应用：避雷针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尽量光滑，减少电能的损失。

三、静电屏蔽1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零,外电场对壳内不会产生影响。

2．静电屏蔽的应用(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里.（2）野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。

四、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．静电复印的工作过程(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。

(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。

4．静电的防止与利用1．了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡状态的导体内部的电场特点。

2．了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点，了解尖端放电现象及其应用与防止。

3．了解静电屏蔽的原理和应用，了解静电的危害。

4．了解静电吸附的原理及其在生产技术上的应用。

一、静电平衡1．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的电场强度E010，导体内的自由电子不再02发生定向移动的状态。

203处处为0。

二、尖端放电1．静电平衡时导体上电荷的分布(1)01外表面。

(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量02越大，周围的电03越大。

2．尖端放电(1)定义：04电离，电离后的带电粒子在强电场作05电离，产生更多的带电粒子，那些所06相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷07中和，相当于导体从尖端失去电荷。

(2)08避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

(3)09光滑，以减少电能的损失。

三、静电屏蔽1010，02外电场的影响。

2．应用：电学仪器外面有金属壳，以使壳外电场对壳内仪器不会产生影响；野外高压输电线上方还有两条导线与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。

四、静电吸附1．原理：在电场中，带电粒子受到01静电力的作用，向着02电极运动，最后会被03吸附在电极上。

2．应用：04静电除尘、05静电喷漆、06静电复印。

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？提示：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会形成静电屏蔽，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。

(1)因为静电平衡时外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场场强为0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为0。

( )(2)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。

第4节静电的防止与利用合格考训练15分钟·满分40分一、选择题(本题共5小题，每题8分，共40分)1．如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，则有关放电的论述正确的是( A )A．A放电B．B放电C．A、B一起放电D．A、B之间放电解析：由题图知，A为尖头、B为圆头。

当金属板M、N接在高压电源上时，因末端越尖越容易放电，故A容易放电，选项A正确。

2．具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，下列四幅图画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是( D )解析：球壳处于正电荷的电场中，达到静电平衡，球壳为等势体，球壳的内外表面之间的导体内部场强处处为零，故D选项正确。

3．在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中P点所激发的附加场强E′的方向在图中正确的是( A )解析：由于金属圆盘处于静电平衡状态，金属圆盘内各点合场强为零，所以感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。

又因为点电荷的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷，所以感应电荷产生的电场方向沿P点与点电荷的连线向外。

选项A正确。

4．某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看。

为了使电视机不受干扰，可采取的办法是( D )A．将电视机用一金属笼子罩起来B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地C．将高频热合机用一金属笼子罩起来D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地解析：为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确。

5．(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是( ACD )A．油罐车后有一条拖在地面上的铁链条B．小汽车上有一根露在外面的小天线C．在印染厂中保持适当的湿度D．在地毯中夹杂0.05 mm～0.07 mm的不锈钢丝导电纤维解析：油罐车后装一条拖在地面上的铁链条，可以及时导走油罐车上产生的静电荷，避免电荷越积越多，防止产生高压放电，防止油罐车起火爆炸，所以A项正确；在地毯中夹杂导电纤维，同样是为了导走摩擦产生的静电荷。

第4节静电的防止与利用课程内容要求核心素养提炼1．通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征．2．通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点．3．了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象．1．物理观念：静电平衡、尖端放电、静电屏蔽．2．科学意识与责任：知道静电现象在生活、生产和科技方面的应用．一、静电平衡1．静电感应现象：把不带电的导体放入电场，导体内部的自由电子在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象．2．静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0．(2)导体内的自由电子不再发生定向移动．[判断](1)放入电场中的导体两侧出现异种电荷是静电感应导致的．(√)(2)处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为0．(√)(3)带电导体尖端电荷的密度大，周围的电场强度也大．(√)二、尖端放电和静电屏蔽1．导体上电荷的分布(1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面．(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷．2．尖端放电和静电屏蔽尖端放电静电屏蔽原理导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种带电粒子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷当金属外壳达到静电平衡时，壳内没有电场，因而金属的外壳会对其内部起保护作用，使它内部不受外部电场的影响应用或防止应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失应用：电学仪器外面有金属壳；野外高压输电线上方还有两条导线与大地相连三、静电吸附1．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．2．静电现象在生产和技术中的应用有静电除尘、静电喷漆、静电复印．[思考]把手机放在不锈钢杯子中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因．提示手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢杯子中不能接通．这是因为不锈钢杯子能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通．探究点一对静电平衡的理解如图是某导体放入电场达到静电平衡的三个步骤，请你对这三个步骤进行说明．提示图甲：导体放入电场，导体中的自由电子在静电力作用下发生定向移动，导体两端产生感应电荷．图乙：感应电荷产生电场E ′，导体内部为叠加场，叠加后的合场强E 合＝E －E ′．图丙：随着E ′逐渐增强，导体内叠加场的合场强变为0，自由电子不再定向移动，导体达到静电平衡．1．金属导体的特征：由做热运动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成．2．静电感应现象：把导体放入电场，导体内的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象．3．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合场强等于0，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．4．静电平衡的实质：金属导体放到电场强度为E的电场中，金属中的自由电荷在静电力作用下定向移动，导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场E′，导致合场强减小．当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，合场强为0时，自由电荷的定向移动停止．一金属球，原来不带电，如图所示，沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，a、b、c为该直径上从左向右排列的三点，设静电平衡时，金属球上感应电荷产生的电场在这三点的电场强度大小分别为E a、E b、E c，则()A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E cC[静电平衡后，金属球内的合场强处处为0，金属球上感应电荷产生的附加电场与带电的细杆MN产生的电场的场强大小相等，方向相反，相互抵消．c点离带电的细杆MN最近，带电的细杆MN在c点处产生的电场的场强最大，则金属球上感应电荷在c点处产生的电场的场强最大，即E c最大．][题后总结]感应电荷产生的电场强度大小只能通过外电场的电场强度确定．[训练1]如图所示，在原来不带电的金属杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡状态后()A．a端的电势比b端的高B．b端的电势比d点的低C．a端的电势不一定比d点的低D．杆内c处场强的方向由c指向bB[首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b端的电势比d点的低，选项B正确；金属杆ab达到静电平衡状态后是一个等势体，a端的电势等于b端的电势，选项A、C错误；达到静电平衡状态后导体内部场强为0，选项D错误．]探究点二静电屏蔽的两种情况如图所示，A 是带正电的小球，B 是金属网，C 是原来不带电的验电器．探究以下问题：(1)图甲中，金属网不接地，验电器的金属箔是否张开？(2)图乙中，金属网接地，验电器的金属箔是否张开？提示(1)金属网不接地，则通过静电感应达到静电平衡后，金属网外部有电场，验电器金属箔会张开．(2)金属网接地后，金属网外部没有电场，则验电器的金属箔不会张开．静电外屏蔽静电内屏蔽定义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产生的电场在空腔内的合场强为0，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大地，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最新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感应与静电平衡，用于静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的空心金属球壳C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，下列说法正确的是()A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变[易错提醒]静电屏蔽问题一定要看清球壳是否接地．B[带正电的小球A放在不带电的空心金属球壳C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，空心金属球壳C外表面和带电小球B带异种电荷，所以B受C 的吸引往右偏离竖直方向．由于空心球壳C能屏蔽小球B产生的外部电场，因此A球不受B球电场的影响而保持竖直位置不变，故选项B正确．][训练2](多选)图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有()AD[金属空腔不接地可屏蔽外部电场，接地可屏蔽内部电场，选项A、D正确．]。

静电的防止与利用1.(多选)下列关于静电感应和静电平衡的说法中,正确的是()A.静电感应是由于导体内的自由电子受电场力作用的结果B.导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡C.导体静电平衡时,导体所占空间各处场强均为零D.导体静电平衡时,导体内部将没有“净”电荷【解析】选A、D。

静电感应是由于导体内的自由电子受电场力的作用而发生定向移动,最后达到稳定状态,故选项A正确;达到静电平衡后,自由电子不再定向移动,但是仍然做无规则的热运动,故选项B错误;处于静电平衡的导体,电荷只分布在外表面上,内部没有“净”电荷,故选项D正确;导体静电平衡时,内部场强为零,但表面场强不为零,故选项C错误。

2.某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近,由于该村尚未接通有线电视信号,空中的信号常常受到干扰,在电视荧屏上出现网状条纹,影响正常收看。

为了使电视机不受干扰,可采取的办法是()A.将电视机用一金属笼子罩起来B.将电视机用一金属笼子罩起来,并将金属笼子接地C.将高频热合机用一金属笼子罩起来D.将高频热合机用一金属笼子罩起来,并将金属笼子接地【解析】选D。

为了使电视机能接收电磁波信号,但又不接收高频热合机产生的电磁波,应将高频热合机(焊缝用)产生的电磁波信号屏蔽,而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用,故选项D 正确。

3.在一个导体球壳内放一个电荷量为+Q的点电荷,用E P表示球壳外任一点P的场强,则()A.当+Q在球壳中央时,E P=0B.不论+Q在球壳内何处,E P一定为零C.只有当+Q在球心且球壳接地时,才有E P=0D.只要球壳接地,不论+Q在球壳内何处,均有E P=0【解析】选D。

+Q在球壳内任何位置,只会影响球壳内的负电荷分布;球壳外部带正电荷,会使外部场强不为零,故A、B错误。

而球壳接地会使外部电荷导入大地,所以外部场强才会为零,故C错误,选D。

4.如图所示,在两个固定电荷+q和-q之间放入两个原来不带电的导体,1、2、3、4为导体上的四个点,在达到静电平衡后,各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4,则()A.φ4>φ3>φ2>φ1B.φ4=φ3>φ2=φ1C.φ4<φ3<φ2<φ1D.φ4=φ3<φ2=φ1【解析】选B。