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(共47張PPT)
第1章　靜電力與電場強度
第5節　靜電的利用與防護
核心素養：1.知道什么是靜電平衡狀態，能說出處于靜電平衡狀態的導體中電場的性 質. 2.知道靜電平衡狀態下導體上電荷的分布規律. 3.通過對處于靜電平衡狀態的導 體中電場的性質分析認識靜電屏蔽. 4.通過對靜電的了解，進一步認識其有利與危害 之處.
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研習任務一　靜電的利用與防護
合作　討論
為避免雷擊，現代高層建筑的頂端都安裝上避雷針，避雷針用粗導線與埋在地下 的金屬板連接，如圖甲所示.圖乙是古建筑的一角，上面有各種造型的動物.
甲　　　　　　　　　　乙
　　你知道古建筑是如何安全引電避雷的嗎？
提示：在古建筑物的屋頂、屋角設置各種造型的動物，避雷針以動物頭上的角須 形式或巨獸的舌頭向上探出的形式巧妙安裝，另一端引入大地，從而起到避雷效果.
效率
高　
帶電　
靜電　
種子　
水　
[思考]　在電腦上搜索出的材料，通過激光打印機（如圖）瞬間打印出來，大大方便 了我們的生活，激光打印機是利用了靜電.那么生產、生活中還有哪些利用靜電的實 例呢？
　　提示：靜電除塵、靜電噴漆、靜電噴藥、靜電育種等.
2. 靜電的防護
（1）尖端放電： 是利用尖端放電避免雷擊的一種設施.
（2）防護方法：盡快把靜電導走，如印刷車間內保持適當的 ，傳送帶上鍍 銀，油罐車車尾有導電拖地帶等.
避雷針　
濕度　
AC
A. N接電源的正極
B. M接電源的正極
C. 電場強度EB＞EA
D. 電場強度EB＜EA
[解析]　電子附在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶 正電荷，所以N接電源正極；其內部電場線分布情況如圖所示，由圖可知金屬棒附近 的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處電場強度比A處電 場強度大，即EB＞EA，故A、C正確，B、D錯誤。
名師點評
　　靜電現象是客觀存在的，利用靜電現象可以為生活和生產服務，如靜電除塵，靜 電復印等，當然靜電現象也能帶來一些危害，如產生電火花，發生火災或爆炸，靜電 現象對精密設備也會產生不利影響，此時我們應當消除或減小靜電帶來的不利影響.
A. 在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強電場
B. 涂料微粒一定帶正電
C. 涂料微粒一定帶負電
D. 涂料微粒可以帶正電，也可以帶負電
AC
解析：靜電噴涂的原理就是讓帶電的涂料微粒在強電場的作用下被吸附到工件上，而 達到噴漆的目的，故A正確；由題圖知，待噴漆工件帶正電，所以涂料微粒應帶負 電，故C正確，B、D錯誤.
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研習任務二　靜電平衡
合作　討論
如圖所示，把一個不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向 移動，從而使導體兩端出現等量異種電荷.請思考下列問題：
（1）自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？
提示：（1）自由電子受到外加電場的電場力，沿外加電場的反方 向移動.
（2）自由電子能否一直定向移動？為什么？
提示：（2）不能，當導體兩端感應電荷產生的電場與外加電場的 合場強為零時，自由電子定向移動將停止.
教材　認知
靜電平衡：導體在電場中發生靜電感應現象，感應電荷的電場與原電場疊加，使導體 內各點合場強 .
[思考]　飛機在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時都有可能遭遇雷擊.但是當飛機 遭遇雷擊時，電流可以從雷電云到達飛機頭部，縱向流過機身外殼，最后從機尾凌空 打到地上或從其中一機翼打過另一機翼，橫向流過機身.但不管怎樣，閃電都只會沿 著飛機外殼流過，而不會進入機內對乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？
等于0　
　　提示：飛機外殼是金屬材料制成的，它會在雷擊時形成靜電屏蔽，保護飛機內的 乘客.
核心　歸納
1. 對靜電平衡的三點理解
（1）處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零的本質是外電場E0和感應電荷產生 的電場E'的合電場強度為0，即E0＝－E'.
（2）孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態，內部電場強度為0的本質是分布在導體外表 面的電荷在導體內部的合電場強度為0.
（3）處于靜電平衡狀態的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直.
2. 處于靜電平衡時的導體上的電荷分布特點
（1）凈電荷只分布在導體外表面，內部沒有凈電荷.
（2）感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電量相等，近異遠同，如圖甲所示.
（3）凈電荷在導體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如 圖乙所示.
甲 乙
A. 棒上感應電荷只分布在其表面
B. 棒內各點電場強度均為0
C. 點電荷在O點產生的電場強度為0
C
名師點評
　　求處于靜電平衡狀態的導體的感應電荷產生的電場強度的方法是：
　?。?）先求出外電場電場強度E外的大小和方向.
　　（2）由于導體處于靜電平衡狀態，則滿足靜電平衡條件E合＝0.
（3）由E外＋E感＝0，求出感應電場E感的大小和方向.
A
B
C
D
A
解析：導體處于靜電平衡狀態時，導體內部場強處處為0，感應電荷在導體內部某處 產生的電場與場源電荷Q在此處產生的電場場強大小相等，方向相反，故A正確，B、 C、D錯誤.
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研習任務三　靜電屏蔽
合作　討論
超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服（如圖所示），為什么要用包含金屬絲的織 物制成？
　　提示：超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服用包含金屬絲的織物制成，可通過靜 電屏蔽保證工人帶電作業時的安全.
教材　認知
靜電屏蔽：處于 狀態的導體，內部電場強度處處為 ，電荷只分布 在導體的 ，內部不受外部電場的影響.
核心　歸納
1. 靜電屏蔽的實質：靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象.使金屬殼內感應電荷的 電場和外加電場矢量和為零，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.
靜電平衡　
零　
外表面　
項目 屏蔽外電場 屏蔽內電場
圖示
實現過程 場源電荷在空腔內產生的電場與 導體球殼表面上感應電荷在空腔 內產生的電場的合場強為零，達 到靜電平衡狀態，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 荷因接地將會傳給地球，外部電場消 失，起到屏蔽內電場的作用
最終結論 空腔內導體不受外界電場影響 接地導體空腔外部不受內部電場影響
本質 靜電感應與靜電平衡
2. 靜電屏蔽的兩種情況
B
A. 小球A往左偏離豎直方向，小球B往右偏離豎直方向
B. 小球A的位置不變，小球B往右偏離豎直方向
C. 小球A往左偏離豎直方向，小球B的位置不變
D. 小球A和B的位置都不變
[解析]　對A受力分析：由于靜電屏蔽，B球對球殼里面沒有影響，A球受力情況不 變，A球位置不變，A、C錯；對B受力分析：球殼C不接地，A球對外界有影響，B球 受到球殼的引力，B球向右偏離，B對，D錯.
名師點評
靜電屏蔽的特點
（1）封閉導體殼內部電場不受殼外電場影響，封閉導體殼不論接地與否，內部電場 都不受殼外電場影響.
（2）接地封閉導體殼外部電場不受殼內電場的影響.
D
A. 籠體上感應電荷在籠體內激發的電場的電場強度處處為零
B. 放電桿在籠體內激發的電場的電場強度處處為零
C. 籠體表面及其內部任意位置的電場強度均為零
D. 只有籠體的外表面帶電，籠體內表面不帶電
解析：達到靜電平衡狀態的導體，內部電場強度處處為零，即感應電荷的電場與放電 桿上電荷的電場的合電場強度為零，但放電桿在籠體內激發的電場的電場強度不為 零，籠體上感應電荷在籠體內激發的電場的電場強度也不為零，選項A、B錯誤；籠 體內部任意位置的電場強度為零，但籠體外表面的電場強度不為零，選項C錯誤；處 于靜電平衡狀態時，只有籠體的外表面帶電，籠體內表面不帶電，選項D正確.
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課后提素養
A. 導體內部無任何電場
B. 外電場不能進入導體內部
C. 所有感應電荷在導體內部產生的合場強為零
D. 外電場和所有感應電荷產生的電場在導體內部疊加的結果
解析：導體內部場強處處為零是由于感應電荷的電場與外電場疊加的結果，D正確.
D
A　　　　B　 　　　C　　　　D　
解析：球殼處于正電荷的電場中，達到靜電平衡，內表面感應出負電荷，外表面感應 出正電荷，球殼內部場強為零，電場線不會穿過球殼，D正確.
D
A. 一定增強
B. 不變
C. 一定減弱
D. 可能增強，也可能減弱
解析：孤立的帶電金屬球處于靜電平衡，則內部電場強度為零，當它帶的電荷量增 加，再次達到靜電平衡，其內部電場強度仍為零，故B正確.
B
避雷針模擬實驗
A. A金屬柱
B. B金屬柱
C. A、B金屬柱同時
D. 可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱
解析：導體尖端電荷比較密集，更容易產生放電現象，故選A.
A
B
靜電除塵原理
A. 收集器A吸附大量塵埃的原因是塵埃帶上了正電
B. 收集器A吸附大量塵埃的原因是塵埃帶上了負電
C. 收集器A和電離器B之間形成的是勻強電場
D. 靜電除塵過程是機械能向電場能轉化的過程
解析：收集器A接高壓電正極，電離器B接高壓負極，塵埃經過電離器帶上了負電， 被帶正電的A板吸引，故A錯誤，B正確；收集器A和電離器B不是正對的平行板，故 收集器A和電離器B之間形成的不是勻強電場，故C錯誤；靜電除塵過程是電場力做正 功，電勢能減少，機械能增加，是電場能向機械能轉化的過程，故D錯誤.故選B.
靜電除塵原理
A. 驗電器的箔片張開
B. 金屬網罩內部空間為向右的勻強電場
C. 金屬網罩上的感應電荷在金屬網罩內部空間產生的電場方向水平向左
D. 金屬網罩內外表面都存在感應電荷
C
解析：在金屬內部由于電子可以自由移動，所以當加上水平向右的、電場強度大小為 E的勻強電場時，金屬網罩會產生一個與外加電場相反的電場，來抵消外加電場在金 屬網罩內部的電場，以保證平衡，從而金屬網罩上的電荷重新分布，這就是“靜電屏 蔽”的原理.達到靜電平衡后金屬網罩中的場強為零，故驗電器的箔片不張開，A、B 錯誤；由以上分析可知，金屬網罩上的感應電荷在金屬網罩內部空間產生的電場方向 水平向左，C正確；由于靜電感應，金屬網罩外表面存在感應電荷，內表面不存在感 應電荷，D錯誤.
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課時作業
A. 導體內部沒有電場
B. 導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面
C. 導體內部沒有電荷的運動
D. 以上說法均不正確
解析：導體處于靜電平衡，導體內部不是沒有電場，而是外電場與感應電荷產生的電 場的合場強為零，但兩場強仍然存在，A錯誤；不能說沒有電荷，凈電荷只分布在外 表面上，自由電子和正電荷仍存在，只是顯中性，B錯誤；導體內部的電荷（電子與 正電荷）的熱運動仍然存在，C錯誤；綜上可知，D正確.
D
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A. 金屬球將產生出正電荷
B. 金屬球左側將出現負的凈電荷
C. 點電荷Q在A的球心處產生的電場強度為零
D. A的內部合電場強度處處為零
解析：由于靜電感應，金屬球左側帶正電，右側帶負電，A、B錯誤；點電荷在球心 產生的電場強度不為零，C錯誤；A的內部合電場強度處處為零，D正確.
D
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3
4
5
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A. QA＝1×10－8 C　QB＝1×10－8 C
B. QA＝2×10－8 C　QB＝0
C. QA＝0　QB＝2×10－8 C
D. QA＝4×10－8 C　QB＝－2×10－8 C
解析：B球與A球內壁接觸后成為一個新的導體，處于靜電平衡狀態，內部的電荷量 為零，帶電導體的電荷只能分布于導體的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8 C－2×10 －8 C＝2×10－8 C，B正確.
B
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A. 到達集塵極的塵埃帶正電荷
B. 電場方向由放電極指向集塵極
C. 帶電塵埃所受電場力的方向與電場方向相同
D. 同一位置帶電荷量越多的塵埃所受電場力越大
解析：由題圖示可知，集塵極與直流高壓電源正極相連，則電場方向由集塵板指向放 電極，塵埃在電場中通過某種機制帶電，在電場力的作用下向集塵極遷移并沉積，則 塵埃的電場力方向向右，故到達集塵極的塵埃帶負電荷，故A、B、C錯誤；根據F＝ Eq可知，同一位置帶電荷量越多，塵埃所受電場力越大，故D正確.故選D.
D
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A. 粉粒a與導體滾筒C接觸后會先中和再帶上正電
B. 粉粒b會落入F料槽中
C. 粉粒a會落入F料槽中
D. 刮板D的作用是把吸附在導體滾筒C上的粉粒刮下來
BD
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解析：電極G電離空氣產生大量離子，使得粉粒a、b都帶負電，粉粒a絕緣性能良 好，粉粒a上的負電與滾筒C上的正電相互吸引，被吸附在滾筒C上，最后被刮板D刮 入料槽E中，故A、C錯誤，D正確；粉粒b導電性能良好，會與滾筒C上的正電荷先中 和，然后帶上正電，根據同種電荷相互排斥，電場力對粉粒b做正功，故粉粒b落在料 槽F中，故B正確.故選B、D.
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[能力提升]
6. 在真空中有兩個點電荷A和B，電荷量分別為－Q和＋2Q，相距為2l，如果在兩個 點電荷連線的中點O處有一個半徑為r（r l）的空心金屬球，且球心位于O點，如圖 所示.則球殼上的感應電荷在O處的場強的大小為多少？方向如何？
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