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9.4靜電的防止與利用 學案-高中物理人教版(2019)必修第三冊

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9.4靜電的防止與利用 學案-高中物理人教版(2019)必修第三冊

資源簡介

9.4靜電的防止與利用
【學習目標】
1、通過對靜電場中導體的自由電荷運動情況的討論,了解靜電平衡的概念,知道處于靜電平衡的導體的特征。
2、了解尖端放電和靜電屏蔽現象,關注生活、生產中的靜電現象。
3、了解靜電吸附原理,知道靜電在除塵、噴漆、復印等生產中的應用。
【學習重難點】
1、知道什么是靜電平衡狀態,理解處于靜電平衡狀態的導體的特性。(重點)
2、知道什么是靜電屏蔽及其有關應用。(重點)
3、知道導體上電荷的分布規律。(難點)
【課前導學】
一、靜電平衡
1.靜電感應現象:放入電場中的導體,由于靜電感應,在導體的兩側出現感應電荷的現象。
2.靜電平衡狀態:導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態。
3.導體內部電場強度特點:內部的電場強度處處為0。
二、尖端放電
1.電離:導體尖端的電荷密度越大,附近的電場強度越大,空氣中的帶電粒子劇烈運動,從而使空氣分子被撞“散”而使空氣分子中的正、負電荷分離的現象。
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。
3.尖端放電的應用與防止
(1)應用:避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。
(2)防止:高壓設備中導體的表面盡量光滑,減少電能的損失。
三、靜電屏蔽
1.把一個電學儀器放在封閉的金屬殼(網)里,即使殼(網)外有電場,由于殼(網)內場強保持為零,外電場對殼(網)內的儀器也不會產生影響的現象叫靜電屏蔽。
2.靜電屏蔽的應用:電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連。
3. 實現靜電屏蔽不一定要用密閉的金屬容器,金屬網也可起到屏蔽作用。
四、靜電吸附
靜電吸附原理
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,這個原理在生產技術上被廣泛應用。
【重難探究】
【探究一】靜電平衡
處于靜電平衡狀態的導體,其特點是導體內部場強處處為0。對它的理解要從導體的內部有電場強度的三種說法開始,即原電場強度、感應電荷產生的電場強度和合電場強度。遇到比較電場強度的問題,首先要看準是比較的哪個電場強度,然后根據題目所給的情況和導體內部的合電場強度為0作出分析及判斷。處于靜電平衡狀態的導體,其特點是導體內部場強處處為0。對它的理解要從導體的內部有電場強度的三種說法開始,即原電場強度、感應電荷產生的電場強度和合電場強度。遇到比較電場強度的問題,首先要看準是比較的哪個電場強度,然后根據題目所給的情況和導體內部的合電場強度為0作出分析及判斷。
【探究二】尖端放電
1.靜電平衡時,導體內部沒有凈剩電荷,電荷只分布在導體的外表面。并且在導體外表面,越尖銳的位置,電荷的密度(單位面積的電荷量)越大,周圍的電場強度越大。
2.在一定條件下,導體尖端周圍的強電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動,并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離。這個現象叫作空氣的電離。
3.那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷中和,這相當于導體從尖端失去電荷。這種現象叫作尖端放電。
(1)避雷針應用了尖端放電原理。避雷針上的電荷通過針尖放出,逐漸中和云層中的電荷,保護建筑物免遭雷擊。
(2)高壓輸電設備的部件,其表面應該盡量光滑,就是為了避免因尖端放電而造成電能損失或事故。
【探究三】靜電屏蔽和靜電吸附
1.封閉的金屬網罩或者金屬空腔內部(稱為被屏蔽區域),電場強度處處為0,這樣,不管外部的電場強度多強、多復雜,都不會影響到金屬網罩或金屬空腔的內部,從而有效地保護了被屏蔽區的設施。在進行靜電屏蔽時,往往還將金屬網罩或金屬空腔接地,以使金屬網罩或金屬空腔的電勢也為0。
2.靜電也可以利用。在電場中,帶電粒子受到靜電力的作用,向著帶有異種電荷的電極運動,最后會被吸附在電極上。這一原理在生產技術上被廣泛應用。例如,靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印等。
【典例訓練】
1.下列說法正確的是( )
A.避雷針避雷的原理是尖端放電能將云層中的電荷中和
B.為了美觀,通常把避雷針頂端設計成球形
C.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
D.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
2.如圖所示用金屬網把原來不帶電的驗電器罩起來,再使帶正電的金屬小球靠近驗電器,在此過程中( )
A.金屬則的左側感應出負電荷
B.驗電器的箔片感應出正電荷
C.驗電器的箔片不張開
D.金屬網中的感應電荷在箔片處的合電場強度為零
3.如圖是模擬避雷針作用的實驗裝置,金屬板M接高壓電源的正極,金屬板N接負極。金屬板N上有兩個等高的金屬柱為尖頭,B為圓頭。逐漸升高電壓,當電壓達到一定數值時,可看到放電現象,則( )
A.A容易放電 B.B容易放電 C.都容易放電 D.無法判斷
4.如圖所示,電力工作人員在幾百萬伏的高壓線上進行帶電作業時,全身穿戴帶電作業用的屏蔽服。屏蔽服是用導電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后再做成的服裝。下列說法正確的是( )
A.采用金屬材料編織衣服的目的是使衣服不易拉破
B.采用金屬材料編織衣服的目的是利用靜電屏蔽
C.電力工作人員穿上屏蔽服后,體內場強為零
D.屏蔽服中的金屬網不能起到屏蔽作用
5.如圖,實心金屬球A半徑為R,電荷量為Q,點電荷B電荷量為q。B與A球心間的距離為r。當B不存在而只有A存在時,在球心O處的電場強度等于_______。當點電荷B也同時存在并達到靜電平衡時,金屬球上的電荷在球心O處產生的場強的大小等于_______。(靜電力常量為k)
答案以及解析
1.答案:ACD
解析:避雷針避雷的原理是通過尖端放電,將云層中電荷中和,因此避雷針頂端不能設計成球形,A正確,B錯誤;為了避免尖端放電,驗電器的金屬桿上端固定一個金屬球而不是做成針尖狀,高壓輸電導線表面要盡量光滑,C、D正確。
2.答案:C
解析:根據靜電感應可知,金屬網的左側感應出正電荷,故A錯誤;金屬網把原來不帶電的驗電器罩起來,產生靜電屏蔽,箔片不發生靜電感應,故B錯誤,C正確;金屬網中的感應電荷與外部金屬小球在箔片處的合電場強度為零,故D錯誤。故選C。
3.答案:A
解析:根據導體表面尖銳程度越大的地方電荷分布越密集,可知金屬柱A尖頭處電荷密集,電場強,它與板M之間的空氣容易發生電離,從而發生尖端放電現象,故A正確。
4.答案:BC
解析:屏蔽服的作用是在穿上后,使處于高壓電場中的人體內電場強度處處為零,從而使人體免受高壓電場及電磁波的危害,可知BC正確,AD錯誤。
5.答案:
解析:當B不存在而只有A存在時,A上電荷均勻分布,取球上任意元電荷在球心處形成的場強,均有另一關于球心對稱元電荷產生的電場與之“抵消”,所以在球心O處的電場強度是0;利用靜電平衡的特點,金屬球內部場強處處為零,金屬球上的所有電荷在其內部產生的電場強度與球外點電荷產生的電場強度大小相等,所以。

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