4靜電的防止與利用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是靜電平衡，能掌握靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)(難點(diǎn))。2.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(重點(diǎn))。3.了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印的工作原理。一、靜電平衡如圖所示，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(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請(qǐng)思考下列問題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生________________的狀態(tài)。2．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為________，即外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E′的關(guān)系為E0＝－E′。3．導(dǎo)體上電荷的分布：(1)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體________沒有凈剩電荷(未被抵消的電荷)，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)________，凹陷的位置幾乎沒有電荷。4．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向跟該點(diǎn)的表面________。(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體表面和內(nèi)部的合電場強(qiáng)度均為零。()(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部不再有電荷的定向移動(dòng)。()(3)一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點(diǎn)。()例1(多選)(2023·河北省邢臺(tái)市第二中學(xué)高二期中)如圖所示，長為l的金屬棒原來不帶電，現(xiàn)將一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷(電荷量的絕對(duì)值為q)放在金屬棒的中心軸線上距離棒的左端R處。當(dāng)金屬棒達(dá)到靜電平衡后，已知O點(diǎn)為金屬棒的中點(diǎn)，靜電力常量為k，以下說法正確的是()A．棒上感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零B．棒上O點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零C．負(fù)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為keq\f(q,R＋\f(l,2)2)，方向沿Oq連線且指向qD．棒上感應(yīng)電荷在棒的中點(diǎn)O處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為keq\f(q,R＋\f(l,2)2)，方向沿Oq連線且指向q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(qiáng)度的方法是：(1)先求出外電場電場強(qiáng)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2一個(gè)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(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B所帶電荷量分別為()A．QA＝1×10－8CQB＝1×10－8CB．QA＝2×10－8CQB＝0C．QA＝0QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8CQB＝－2×10－8C二、尖端放電1．空氣的電離：在一定條件下，導(dǎo)體尖端電荷________很大，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷________，這種現(xiàn)象叫作空氣的電離。2．尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被________，而與尖端上的電荷________，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端________________的現(xiàn)象。3．尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量________會(huì)減少電能的損失。(1)驗(yàn)電器的金屬桿上端固定一個(gè)金屬球而不是做成針尖狀，這是為了防止尖端放電。()(2)避雷針避雷的原理是尖端放電能將云層中的電荷中和。()(3)為了美觀，通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形。()(4)為了避免因尖端放電而損失電能，高壓輸電導(dǎo)線表面要盡量光滑。()例3(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能是()A．探測發(fā)射臺(tái)周圍風(fēng)力的大小B．發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C．預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭D．測量火箭發(fā)射過程的速度和加速度三、靜電屏蔽1．定義：導(dǎo)體殼(或金屬殼)內(nèi)達(dá)到靜電平衡后，外電場對(duì)內(nèi)部________產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。2．實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)是利用了________________現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場和外加電場的電場強(qiáng)度矢量和為________。3．應(yīng)用：(1)生活中有很多對(duì)靜電屏蔽的應(yīng)用，以此來保護(hù)殼內(nèi)儀器不受外加電場影響。例如：電子儀器外部加裝金屬殼，通信電纜外面包有一層金屬網(wǎng)，高壓線路檢修人員要穿屏蔽服。(2)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽的作用，在野外的高壓輸電線的三條輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，它們的作用就是與大地相連形成一個(gè)稀疏的金屬網(wǎng)，以此來保護(hù)高壓輸電線不受雷擊。(1)打雷時(shí)，人呆在汽車?yán)镆却粼谀疚堇锇踩?)(2)有線電視信號(hào)線外面有一層金屬絲，是為了靜電屏蔽，使信號(hào)不受干擾。()(3)靜電屏蔽一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)不能起到屏蔽作用。()例4下列關(guān)于靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)的說法正確的是()A．甲圖中驗(yàn)電器的金屬箔張開B．乙圖中驗(yàn)電器的金屬箔不會(huì)張開C．丙圖中驗(yàn)電器的金屬箔不會(huì)張開D．甲、乙、丙三圖中驗(yàn)電器的金屬箔都張開靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場外屏蔽屏蔽內(nèi)電場全屏蔽或內(nèi)屏蔽圖示實(shí)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(qiáng)度為零，達(dá)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(shí)，外表面的感應(yīng)電荷P被中和，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，不能是絕緣體四、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子受到______的作用，向著電極運(yùn)動(dòng)，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(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來的過程。3．靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著