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第4節靜電的防止與利用
第九章靜電場及其應用
第九章 靜電場及其應用
9.4靜電的防止與利用
一、 靜電平衡
(1)把一個不帶電的金屬導體放到電場中，由于靜電感應，在導體兩側感應出異種電荷，它們在導體內部產生的電場與外部的電場方向相反。在疊加后的電場作用下,仍有自由電子不斷運動，直到導體內部各點的電場強度為0,導體內的自由電子不再發生定向移動，導體達到靜電平衡狀態。
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E0
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1、導體中自由電荷在電場力作用下將發生定向移動.
E'
E'
E'
2、導體兩端出現感應電荷,感應電荷在導體中中產生反方向的附加場.
0
E
-
-
-
E'
-
-
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-
3、感應電荷的電場增到與外電場相等時，導體內合場強為零。自由電荷的定向移動停止 .
0
E
-
-
-
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-
-
-
E=0
4、靜電平衡：導體中無電荷定向移動的狀態,就叫靜電平衡狀態.
1、處于靜電平衡狀態導體的特點：
（2）整個導體是一個等勢體，表面是一個等勢面
（3）導體外部電場線與導體表面垂直
（1）導體內部的場強處處為零
2、電荷分布
法拉第圓筒實驗
2、電荷分布
靜電平衡時導體上電荷的分布的特點：
（1）導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面
（2）在導體表面，越尖銳的位置，電荷密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷
二、尖端放電
1、空氣的電離
強電場使空氣分子中正負電荷分離的現象叫做空氣的電離。
2、尖端放電
導體尖端的強電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現象．
在強電場作用下，物體曲率大的地方(如尖銳、細小的頂端，彎曲很厲害處)附近，等電位面密，電場強度劇增，致使這里空氣被電離而產生氣體放電現象，稱為電暈放電．而尖端放電為電暈放電的一種，專指尖端附近空氣電離而產生氣體放電的現象
二、尖端放電
尖端放電
導體尖端電荷密度大
尖端周圍電場強
空氣中殘留帶電粒子劇烈運動
空氣電離
正負電荷奔向異種電荷
尖端失去電荷
尖端放電
3.應用：高壓設各中導體的表面應該盡量光滑，避免尖端放電而造成損失成事故。安裝在建筑物頂端的避雷針，使建筑物避免雷擊。
雷擊
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例1、如圖所示，A、B為兩個帶等量異號電荷的金屬球，將兩根不帶電的金屬棒C、D放在兩球之間，則下列敘述正確的是( 　　)
A．C棒的電勢一定高于D棒的電勢
B．若用導線將C棒的x端與D棒的y端連接起來的瞬間，將有從y流向x的電子流
C．若將B球接地，B所帶的負電荷全部流入大地
D．若將B球接地，B所帶的負電荷還將保留一部分
ABD
解析：由下圖所示的電場線方向可知A、B、C、D的電勢高低為UA>UC>UD>UB.當用導線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間，將有自由電子從電勢低的D棒流向電勢高的C棒，這時C與D已通過導線連接為一個導體了，靜電平衡后，它們的電勢相等，C的x端仍帶負電，D的y端仍帶正電，而C的右端及D的左端均不帶電，即C右端的正電荷與D左端的負電荷中和掉了．
解析：當將B球接地時，一部分自由電子從低于大地電勢的B球上流向大地，而一部分電子受到D棒y端正電荷的吸引而保留在靠近y的近端處，如果把帶正電的A球移走，接地的B球上的負電荷才全部流入大地．故選項A、B、D正確．
答案：ABD
例2、如圖所示，接地的金屬板右側有固定的點電荷＋Q，a、b點是金屬板右側表面的兩點，其中a到＋Q的距離較小．下列說法正確的是(取大地電勢為零)( 　　)
A．由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電，左側表面帶正電
B．由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電，左側表面不帶電
C．整個導體，包括表面上的a、b點，是一個等勢體，且電勢等于零
D．a、b兩點的電場強度不為零，且a、b兩點場強方向相同，但a點的場強比b點的場強要強(大)一些
BCD
解析：金屬板接地時，右側表面仍有感應負電荷，而且a點附近的電荷面密度(單位表面積的電荷量)比b點附近的電荷面密度要大些，場強要強(大)些，電場線也密一些；整個金屬板是等勢體，右側表面是等勢面，電場線與等勢面垂直，可見a、b兩點的場強方向都垂直指向右側面，方向相同，選項D也正確.
答案：BCD
三、靜電屏蔽
(1)定義:把一個電學儀器放在封閉的金屬殼里、即使殼外有電場，但由于殼內電場強度保持為0.外電場對殼內的儀器E=0不會產生影響。金屬殼的這種作用叫靜電屏蔽。
(2)說明:實現靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網也能起到屏蔽作用。
①現象:圖甲中,驗電器的箔片張開;圖乙中,驗電器的箔片不張開。
②結論:金屬網罩能把外電場擋住，使罩內儀器不受外電場的影響。
靜電屏蔽的另一種應用：接地的封閉導體殼，內部電場對外部沒有影響
如一封閉的導體殼內部空間某點有一點電荷＋q。由于靜電感應，導體殼內外表面感應出等量的異種電荷。其電場線如圖(甲)所示，當把導體殼接地后，＋q在殼內的電場對殼外空間就沒有影響了，如圖(乙)所示。
靜電屏蔽的另一種應用：接地的封閉導體殼，內部電場對外部沒有影響
特別提醒：
(1)接地的空腔導體，腔外電場對腔內空間不產生影響，腔內電場對腔外空間也不產生影響，即內外互不影響。
(2)空腔導體不接地，腔外電場對腔內空間不產生影響，腔內電場對腔外空間產生影響（即外不影響內，內影響外）。
超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的。
靜電屏蔽的應用：
例1、將懸掛在細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示，于是有（ ）
A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向
B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向
C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變
D．A和B的位置都不變
B
解析：帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內，由于靜電感應，空心球外殼帶正電，內壁帶負電，因此B所在處有電場，所以B在電場力作用下向右偏靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場，所以，A所在處場強為零，故A球不受電場力，位置不變．
答案：B
四、 靜電吸附
(1)原理: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。
(2)靜電除塵:設法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來,這就是靜電除塵。
(3)靜電噴漆: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，這些微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。
(4)靜電復印:復印機也應用了靜電吸附。
1.下列現象中，屬于靜電利用的是 ( )
A. 在很高的建筑物頂端裝上避雷針
B. 在高大的煙囪中安裝靜電除塵器
C. 油罐車后面裝一根拖在地上的鐵鏈條
D. 存放易燃品的倉庫的工人穿上導電橡膠做的防電靴
課堂訓練
B
2.下列實驗中，驗電器的金屬箔片會張開的是(　 )
ACE
A
B
C
會
不會
會
不會
會
不會
金屬網罩
絕緣底板
D
金屬網罩
絕緣底板
E
地 面
金屬網罩
F
3.如圖所示，用絕緣柱支持的導體A和B彼此接觸，起初它們不帶電，貼在兩端下部的金屬箔是閉合的．把帶正電的物體C移近A端，然后把A和B分開較遠的距離，再移去C，則（ ）
A. C移近A端時，A端的金屬箔張開，B端的金屬箔閉合
B. C移近A端時，A端的金屬箔閉合，B端的金屬箔張開
C. A和B分開，移去C后，B端的金屬箔會立即閉合
D. A和B分開，移去C后，A端的金屬箔仍會張開
D
4. 在感應起電中，帶負電物體靠近帶絕緣底座的導體時，如圖所示N處將（ ）
A. 不帶電
B. 帶負電
C. 帶正電
D. 不能確定
C
5. 如圖所示，不帶電的導體B在靠近帶正電的導體A后，P端及Q端分別感應出負電荷和正電荷，則以下說法正確的是（ ）
A. 若用導線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導體B將帶負電
B. 若用導線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導體B將帶正電
C. 若用導線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導體B將不帶電
D. 若用導線將P端接地，然后斷開，再取走A，則導體B將帶正電
A
6．如圖所示，一帶正電的絕緣金屬球殼A，頂部開孔，有兩只帶正電的金屬球B、C用金屬導線連接，讓B球置于球殼A的空腔中與內表面接觸后又提起到如圖所示的位置，C球放在A球殼外離A球較遠，待靜電平衡后，正確的說法是( )
A．B、C球都帶電
B．B球不帶電，C球帶電
C．讓C球接地后，B球帶負電
D．C球接地后，A球殼空腔中場強為零
BC
7．如圖所示，在真空中有兩個點電荷A和B，電荷量分別為－Q和＋2Q，它們相距L。如果在兩點電荷連線的中點O有一個半徑為r(2r＜L)的空心金屬球，且球心位于O點，則球殼上的感應電荷在O點處的場強大小＿＿＿＿ 方向＿＿＿＿。
12KQ/L2
B A

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