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(共38張PPT)
第九章 靜電場及其應用
第四節 靜電的防止與應用
目 錄/
1.
學習目標
2.
情景導入
3.
新課講解
4.
小試牛刀
5.
課堂小結
PART 01
學習目標
學習目標
1.知道靜電感應產生的原因，理解什么是靜電平衡狀態
2.理解導體達到靜電平衡時，凈電荷只分布在導體表面且內部的電場強度處處為0
3.知道導體達到靜電平衡時，導體上的電荷分布特點及尖端放電原理，會解釋避雷針的原理
4.知道靜電屏蔽及其應用
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
PART 02
情境導入
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
自然界中到處都有靜電。生產中的攪拌、擠壓、切割等活動，生活中的穿衣、脫衣、運動等過程都可能產生靜電。
在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？
PART 03
新課講解
把一個不帶電的金屬導體ABCD放到電場強度為E0的電場中，根據金屬的微觀結構模型分析一下，其內部的自由電子會怎樣移動呢？
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
A
B
C
D
E0
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E0
自由電子發生定向移動
【思考】導體內自由電子的定向移動會一直進行下去嗎？導體兩端的感應電荷會無限制增加嗎？
A
B
C
D
E0
E0
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-
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
感應電場和外部電場的電場強度大小相等、方向相反，即導體內部各點的電場強度最終處處為0。
這時，導體內的自由電子便 不再發生定向移動了。
這樣的狀態稱為靜電平 衡狀態。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
A
B
C
D
E0
E0
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A
B
C
D
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+
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-
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-
E`
靜電平衡的特點
1）內部場強處處為零
2）電荷只分布在導體的外表面上。在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大
3）導體表面的電場線與導體表面垂直
4）真個導體是個等勢體，導體表面是個等勢面。導體內部場強處處為零，導體內任意兩點間電勢差U=E·d=0
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
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場源電荷位于空心球殼外面時，感應電荷只分布在球殼外側，如圖甲所示
場源電荷位于空心球殼內部時，感應電荷在球殼內部與外部都有分布，如圖乙所示
【注意】靜電平衡時，越是尖銳的位置，電荷的密度越大，周圍的電場強度也越大
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
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甲
乙
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+ -
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+
①導體內部沒有凈剩電荷，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,電荷的密度越大，周圍的電場強度越大。
內部場強處處為零
尖端放電
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
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尖端周圍的電場大
導體尖端的電荷密度很大，附近的場強很強
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。
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學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
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。這個現象叫尖端放電
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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尖端放電的特點：在導體
的帶電荷量及其周圍環境相同的情況下，導體尖端越尖，尖端效應越明顯
尖端放電的應用：
避雷針
火花塞
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
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現象：夜間高壓線周圍出現的綠色光暈，俗稱電暈，是一種微弱的尖端放電。
（2）防止：
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
　　處于靜電平衡狀態的導體，不僅金屬導體殼壁W內的電場強度處處為0，金屬殼或網罩內部空腔C的電場強度也處處為0。這便是靜電平衡狀態下的空腔導體內部電場強度的特點。
靜電屏蔽
金屬網罩外部的電場線
最終的電場線
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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靜電屏蔽現象
處于靜電平衡狀態的導體，內部空間電場強度處處為0
可以利用金屬殼或金屬網封閉某一區域使該區域不再受外在電場的影響。這一現象稱為靜電屏蔽
學習目標
情境導入
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內屏蔽：金屬殼可以屏蔽內電場
外屏蔽：金屬殼可以屏蔽外電場
+
- +
- +
- +
E=0
特點：外部的電場對導體內部沒有影響
實質:靜電屏蔽的實質是利用靜電感應現象，使金屬殼內感應電荷產生的電場和外加電場的矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零
學習目標
情境導入
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小試牛刀
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靜電屏蔽的應用
（1）電學儀器和電子設備外面的金屬罩，通訊電纜外面所包的一層鉛皮，可以防止外電場的干擾；
（2）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，形成一個金屬“網”，內場強保持為0，高壓外電場不會對內部的工人產生影響。
（3）三條輸電線的上方還有兩條導線，與大地相連，形成一個稀疏的金屬網，把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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靜電的危害
靜電火花有可能引起棉花等易燃物燃燒;
靜電火花引起瓦斯爆炸…
因此，靜電的危害必須
引起人們的警惕。
學習目標
情境導入
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小試牛刀
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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，最后會被吸附在電極上。這一原理在生產技術上被廣泛應用。
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。
靜電除塵原理
①靜電除塵
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
▲B附近的空氣中氣體分子被電離
▲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
▲帶負電的小油滴在靜電力的作用下，向著正極A運動，最后被吸附到正極A上
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小油滴
小油滴
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小油滴
小油滴
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學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
②靜電噴漆
接負高壓的涂料霧化器
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▲用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。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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③靜電復印
復印機也應用了靜電吸附。復印機的核心部件是有機光導體鼓，它是一個金屬圓柱，表面涂覆有機光導體 。沒有光照時，OPC 是絕緣體，受到光照時變成導體。靜電復印的工作流程如下：
▲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，再將墨粉圖樣轉印到紙上。
學習目標
情境導入
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小試牛刀
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PART 04
小試牛刀
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
1.小強在加油站加油時，看到加油機上有如圖所示的圖標，關于圖標涉及的物理知識及其理解，下列說法正確的( )
A.制作這些圖標的依據是靜電屏蔽原理
B.工作人員工作時間須穿絕緣性能良好的化纖服裝
C.化纖手套與接觸物容易摩擦起電存在安全隱患
D.用絕緣的塑料梳子梳頭應該沒有關系
C
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
答案：C
解析：A.用塑料梳子梳頭時會產生靜電，穿衣脫衣也會產生靜電。這些圖標都是為了減少靜電的產生，不是靜電屏蔽，故A錯誤；
B.工作人員工作時間穿絕緣性能良好的化纖服裝，會產生靜電，存在安全隱患，故B錯誤；
C.化纖手套與接觸物容易摩擦起電，故會產生靜電，從而引起油料燃燒的危險，故C正確；
D.用塑料梳子梳頭時會產生靜電，存在安全隱患，故D錯誤。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
2.某物理實驗中，小明手拿一帶負電的金屬棒靠近某一導體的左側，發現放置于導體旁邊的蠟燭火焰向右飄動。對此下列說法正確的是( )
A.該實驗利用了尖端放電原理
B.該實驗利用了靜電屏蔽原理
C.導體右側有正電荷噴出
D.導體右側沒有電荷向導體噴射管移動
A
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
答案：A
解析：一帶負電的金屬棒靠近某一導體的左側，由于靜電感應，會使導體內的負電荷向右側聚集，而右側有尖端，會產生尖端放電的現象，而導致導體旁邊的蠟燭火焰向右飄動，該實驗利用了尖端放電原理，BCD錯誤，A正確。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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3.靜電噴涂是一種利用靜電作用使霧化涂料微粒在高壓電場作用下帶上電荷，并吸附于帶正電的被噴涂工件的涂裝技術，靜電噴涂機的結構如圖所示，規定大地的電勢為零，下列說法正確的是( )
A.霧化涂料微粒帶正電
B.靜電噴涂機噴口處的電勢大于零
C.霧化涂料向被噴涂工件運動過程中電勢能減小
D.若將靜電噴涂機向被噴涂工件移動，P點的電場強度減小
C
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
答案：C
解析：A.由圖可知靜電噴涂機與電源負極相連，且正極接地，故霧化涂料微粒帶負電，故A錯誤；
B.因為電源正極接地，故正極電勢為零，負極電勢小于零，即靜電噴涂機噴口處電勢小于零，故B錯誤；
C.霧化顆粒帶負電，工件帶正電，在霧化顆粒運動過程中，受到的電場力指向工件，電場力做正功，電勢能減小，故C正確；
D.若將靜電噴涂機向被噴涂工件移動，P點的電場線會變得更加密集，即P點的電場強度變大，故D錯誤；
4.靜電除塵機原理如圖所示，廢氣先經過一個機械過濾裝置再進入靜電除塵區，帶負電的塵埃在電場力的作用下向集塵極遷移并沉積，以達到除塵目的。圖中虛線為電場線（方向未標出）。實曲線是某塵埃顆粒的運動軌跡，A、B是塵埃顆粒運動軌跡與電場線的兩個交點，不考慮塵埃顆粒在遷移過程中的相互作用和電荷量變化，不計空氣對塵埃顆粒的作用力和塵埃顆粒的重力，下列說法正確的是( )
A.A點場強比B點場強小
B.該塵埃顆粒在遷移過程中動能先減小后增大
C.該塵埃顆粒在遷移過程中做勻變速曲線運動
D.該塵埃顆粒在A點的電勢能低于在B點的電勢能
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
B
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
答案：B
解析：解析：A.電場線的疏密程度代表電場大小，則A點場強比B點場強大，故A錯誤；
B.該塵埃顆粒在遷移過程中電場力先做負功，后做正功，則動能先減小后增大，故B正確；
C.該塵埃顆粒在遷移過程中，電場力不斷變化，塵埃做變速曲線運動，故C錯誤；
D.電場力指向軌跡的凹側，可知集塵極帶正電，沿電場線方向電勢逐漸降低，可知A點電勢較低，由于塵埃帶負電，所以該塵埃顆粒在A點的電勢能高于在B點的電勢能，故D錯誤；
PART 05
課堂小結
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
靜電的防止與應用
（1）靜電平衡：導體內的自由電子不再發生定向移動的狀態.
（2）尖端放電：空氣中電離的帶電粒子與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷.
（3）靜電屏蔽：靜電平衡時，導體殼內空腔里的電場強度處處為零，外電場對殼內不會產生影響.
（4）靜電吸附：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.
內部場強處處為零
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