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1、第 4 节 静电的防止与利用物理观念科学思维科学探究1.知道什么是静电平衡状1.观看演示试验并对试验现象分核心素养态，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会依据静电平衡条件求解感应电荷产生的析，体会运用所学学问进展分析推理的方法。2.查阅并搜集资料，了解静电屏蔽征，了解尖端放电、静电屏场强。和静电吸附在技术和生活中的应蔽现象及其成因。用。学问点一 静电平衡状态、导体上电荷的分布观图助学(1)(2)如下图，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，从而使导体两端消灭等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。这种定向
2、移动是无休止的吗？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，而使导体两端消灭等量异种电荷的现象。2. 静电平衡状态导体中(包括外表)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体到达了静电平衡状态。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)外表处的电场强度不为零，方向跟导体外表垂直。 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外表。10(2) 在导体外表，越锋利的位置，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。思考推断(
3、1) 处于静电平衡状态的导体，外表处的电场强度不为零，方向跟导体外表可能垂直，可能平行，也可能成任意夹角。()(2) 由于外电场和全部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。()学问点二 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、着陆时都有可能患病雷击(如图乙所示)。但是当飞机患病雷击时，电流可以从雷电云到达飞机头部，纵向流过机身外壳，最终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损害
4、，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，四周的电场很强，强电场作用下的带电粒子猛烈运动，使分子中的正负电荷分别的现象。2. 尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。尖端放电的应用与防止：(1) 应用：避雷针是利用尖端放电避开雷击的一种设施。(2) 防止：高压设备中导体的外表尽量光滑会削减电能的损失。3. 静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为 0，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫作静电屏蔽。静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。4. 静电吸附：静电虽然会有危害，但
5、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，最终会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。应用实例：静 电除尘、静电喷漆、静电复印、静电植绒等。思考推断(1) 避雷针能避开建筑物被雷击是由于云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。()(2) 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。() (3)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。()静电感应的因果关系当小球通过导线分别与带电空腔连接时，如下图，不管怎样连接，连接后小球和带电空腔都会成为一个整体，小球成了这个整体的外部，故小球都会带电。一般的电子打火装置、避雷针、工业
6、烟囱除尘的装置利用的都是尖端放电的原理。静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为 零，似乎是金属壳将外电场“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。核心要点对静电平衡的理解如下图，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端消灭等量异号电荷。请思考以下问题：(1)自由电子定向移动的缘由是什么？定向移动的方向如何？ (2)自由电子能否始终定向移动？为什么？答案 (1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动，向着与电场相反的观看探究方向定向移动。(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动
7、，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止。探究归纳1. 静电平衡实质(1) 在到达静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧消灭感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的连续增加，合场强渐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停顿。(2) 静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E 合0。2. 静电平衡状态的特点(1) 处于静电平衡状态下的导体的特点导体内部某处感应电荷产生的场强E与四周原电场场强E 大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部处处合场强E 合为零，但导体外表的电场强度不为零。电场线与导体外表垂直。(2) 静电平衡状态下的导
8、体的电荷分布特点净电荷都分布在导体的外外表，导体内部没有净电荷。感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，远同近异，如图甲所示。净电荷在导体外表分布不均匀，导体外表锋利处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示。试题案例例 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，如下图。当棒到达静电平衡后，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。解析 导体棒在点电荷q 的电场中发生静电感应，左端消灭负电荷，右端消灭正电荷，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 E )和附加电场(棒上感0应电荷
9、在该点形成的电场E)，到达静电平衡状态时 EE 。题中所求的即为 E，E0E kq4kq，负号代表E和E方向相反，即方向向左。0lR 222Rl2 04kq答案 2Rl2向左方法凝炼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 的大小和方向。外(2) 由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E 0。合(3) 由E E 0，求出感应电场E 的大小和方向。针对训练 1 在真空中有两个点电荷A 和 B，电荷量分别为Q 和2Q，外感感相距为 2l，假设在两个点电荷连线的中点O 有一个半径为r(r l)的空心金属球，且球心位于O 点，如下图，则球壳上的感应电荷在O 处的
10、场强的大小为多少？方向如何？解析 依据电场的叠加和静电平衡，球心 O 处的合场强为 0，即感应电荷的电场强度与 A、B两点电荷在O 处所产生的合场强等大、反向，即EQE E k 2Q 3kQ A BO 产生的场强方向向左，所以E 向右。感3kQ感ABl2kl2 l2 ， 、 在 处核心要点静电屏蔽答案l2方向向右观看探究1.(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？(2)王明刚搬了家，可每次进入电梯里手机总打不通，这是为什么？答案 (1)电梯是用不锈钢板做成的，可以看成金属容器。(2)电梯可以看成金属容器，起到了屏蔽作用。2.在如下图的试验中，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？答案 A 中
11、不会张开，金属网可以屏蔽外电场；B 中会张开，由于金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响；C 中不会张开，由于金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响。探究归纳类别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因场源电荷产生的电场与导体球壳当空腔外部接地时，外外表的感应电荷因接过程外表上感应电荷在空腔内的合场强地将传给地球，外部电场消逝，起到屏蔽内静电屏蔽的两种状况为零，到达静电平衡状态，起到屏蔽电场的作用外电场的作用最终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结论本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能
12、是绝缘体试题案例例 2 将悬挂在细线上的带正电的小球A 放在不带电的金属球壳C 内(不和球壳内壁接触)， 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B 向 C 靠近，如下图，则()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 的位置都不变解析 不接地的空腔导体可以屏蔽外界电场，接地的空腔导体可以屏蔽内部电场，该题中带正电的小球A 放在不带电的空心球壳C 内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电。由于金属空心球壳C 的外壳和带电小球B 带异种电荷，所以 B 受C 球壳的吸引往右偏离竖直方向。而由于空心球壳
13、 C 能屏蔽小球B 所产生的外部电场，使小球 A 不受外电场的作用，所以 A 的位置不变，应选项B 正确。答案 B针对训练 2 如下图，A 为空心金属球，B 为金属球，A、B 原来不带电， 将另一带正电荷的小球C 从 A 球开口处放入A 球中心，不接触A 球，然后用手接触一下A 球，再用手接触一下B 球，再移走C 球，则()A.A 球带负电荷，B 球带正电荷B.A 球带负电荷，B 球不带电C.A、B 两球都带负电荷D.A、B 两球都带正电荷解析 首先带正电荷的小球C 从 A 球开口处放入A 球中心。依据静电感应现象可知，A 球内外表带负电荷，外外表带正电荷。用手接触A 相当于把A 接地，由大地
14、传导过来的电子与A 球外外表正电荷中和，使A 球外外表不带电，此时A 球对外起静电屏蔽作用，A 球内的电场不影响外部。用手接触 B 时，无电荷移动，B 球不带电。当带正电荷的 C 球从A 球内移走后， A 球内外表所带的负电荷移至外外表，所以此时A 球带负电荷。由上述可知，选项B 正确。核心要点静电的应用与静电危害的防止答案 B观看探究如下图，在工厂里，靠近传送带的工人常常受到电击。经争论觉察，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？答案 (1)传送带由于与被传送的物体间发生摩擦而带电，靠近传送带的物体由于静电感应也带上电。(2) 要避开这种电击，可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中，让
