第九章靜電場及其應用9.4靜電的防止與利用

自然界到處都有靜電。生活中的穿衣、脫衣、運動等過程都可能產(chǎn)生靜電。在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？靜電有其有利的一面，也有有害的一面。為做好靜電的防止和利用，我們需要先學習靜電平衡。1、知道什么是靜電平衡，能掌握靜電平衡狀態(tài)下導體的特點。（難點）2、知道導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）3、了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理?？萍拣^中這個設備是什么原理？

問題情景：如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請思考下列問題：E0ACBD自由電子受外加電場的靜電力作用而定向移動，向著與電場相反的方向定向移動(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？ABCD---ABCD+++▲電場力的作用下，自由電子定向移動▲自由電子的定向移動使電子在AB端聚集，CD端正電荷“暴露”出來▲AB端感應出負電荷、CD端感應出正電荷E0E0E0ABCDE′E0--++▲導體兩側(cè)感應出的正、負電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生一個感應電場E′E′E0--++E0▲感應電場與外加電場疊加抵消，直到導體內(nèi)部各點的電場強度E=0▲導體內(nèi)自由電子不再發(fā)生定向移動，達到靜電平衡狀態(tài)(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？靜電平衡：導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)。

處于靜電平衡狀態(tài)的導體，外電場E0和感應電荷產(chǎn)生的電場E′的關系為E0＝－E′

，E合=0。1.定義：2.條件：思考：靜電平衡時導體上電荷是如何分布的？3.靜電平衡時導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體內(nèi)部沒有凈電荷(未被抵消的電荷)，電荷只分布在導體的外表面。(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。思考：靜電平衡時導體周圍電場又是如何分布？（1）大?。后w上越尖銳的地方電荷的密度越大，周圍的場強也越大。（2）方向：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直。4、靜電平衡時導體周圍電場分布特點(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導體表面和內(nèi)部的合電場強度均為零。(

)(2)靜電平衡時，導體內(nèi)部不再有電荷的定向移動。(

)(3)一個孤立的帶電體，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。(

)×√×1、知識辨析2.(來自教材)長為l的導體棒原來不帶電，現(xiàn)將一個帶正電的點電荷q放在棒的中心軸線上距離棒的左端R處，如圖所示。當棒達到靜電平衡后，棒上感應電荷在棒的中點O處產(chǎn)生的電場強度大小和方向如何？

雨天為什么不能站樹下？尖端放電的原理是什么？尖端的強電場周圍空氣電離尖端電荷中和尖端釋放電荷等效于1.空氣的電離：2.尖端放電：

所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。

在一定條件下，導體尖端電荷密度很大，導體尖端周圍的強電場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分離，這種現(xiàn)象叫作空氣的電離。燃氣灶的點火器3、尖端放電應用與防止煤氣灶點火器避雷針1.避免：尖端放電會使高壓設備上電能損失，故高壓設備導體的表面都是非常光滑。2.現(xiàn)象：夜間高壓線周圍出現(xiàn)的綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象。高壓設備(1)驗電器的金屬桿上端固定一個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計成球形。(

)(4)為了避免因尖端放電而損失電能，高壓輸電導線表面要盡量光滑。(

)√√×√1、知識辨析2.(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)射臺周圍風力的大小B.發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C.預防雷電擊中待發(fā)射的火箭D.測量火箭發(fā)射過程的速度和加速度C1.定義：2.實質(zhì)：靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應電荷的電場和外加電場的電場強度矢量和為零。導體殼(或金屬殼)內(nèi)達到靜電平衡后，外電場對內(nèi)部不會產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。(1)外屏蔽：導體外部的電場影響不到導體內(nèi)部。導體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為0，不受外部電場的影響，內(nèi)部的儀器不會受到外電場的影響。3、靜電屏蔽的兩種情況(2)內(nèi)屏蔽：接地導體的內(nèi)部電場影響不到導體外部。當把導體殼接地后，＋q在殼內(nèi)的電場對殼外空間就沒有影響了。

屏蔽外電場(外屏蔽)屏蔽內(nèi)電場(全屏蔽或內(nèi)屏蔽)圖示實現(xiàn)

過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷產(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空腔外部接地時，外表面的感應電荷被中和，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終

結(jié)論導體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應與靜電平衡，用于做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體（1）.航天器經(jīng)過地球大氣層時，與大氣層高速摩擦產(chǎn)生高溫，在航天器周圍形成等離子體，對航天器產(chǎn)生靜電屏蔽作用，導致地面控制中心與航天器的通信暫時中斷。（2）.電梯轎廂通常是用不銹鋼做的，因此在封閉的電梯里手機通信中斷，也是發(fā)生了靜電屏蔽。3、靜電屏蔽現(xiàn)象1.下列關于靜電屏蔽實驗的說法正確的是（

）A.甲圖中驗電器的金屬箔張開B.乙圖中驗電器的金屬箔不會張開C.丙圖中驗電器的金屬箔不會張開D.甲、乙、丙三圖中驗電器的金屬箔都張開C靜電雖然有危害，但也可以利用。你知道的應用有哪些呢？靜電吸附：在電場中，帶電粒子受到靜電力的作用，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象。靜電除塵的原理：帶電粒子在電場中受到靜電力作用向著電極運動，最后被吸附在電極上?！鳤接到幾千伏高壓電源的正極，B接到高壓電源的負極，B附近的電場更強，B附近的空氣分子更容易被電離；▲電子在向著正極A運動的過程中，遇到油煙中的小油滴，會使油滴帶負電。靜電除塵接負高壓的涂料霧化器-----------------++++工件▲接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力的作用下，油漆微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件的表面，這就是靜電噴漆。靜電噴漆▲利用有機光導體的光敏特性，讓電荷排列組合成相應的文字圖樣，利用靜電吸附吸上墨粉，再將墨粉圖樣轉(zhuǎn)印到紙上。靜電復印1.(來自粵教教材)如圖所示是靜電除塵裝置示意圖，它由金屬管A和管中金屬絲B組成。下列有關靜電除塵原理的說法正確的是（

）A.A接高壓電源負極，B接高壓電源正極B.煤粉等煙塵吸附電子后被吸在B上C.靠近B處電場強度大，B附近的空氣被

電離成正離子和電子D.煤粉等煙塵在強大電場作用下電離成

負、正離子，分別吸附在B和A上c

2、(多選)(2024·龍巖市永定區(qū)高二期中)靜電噴漆是利用靜電吸附現(xiàn)象制造的，其噴涂原理如圖所示，則以下說法正確的是()A.在噴槍噴嘴