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(共36張PPT)
第九章 靜電場及其應用
第四節(jié) 靜電的防止與利用
靜電平衡
PART 01
E0
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1.導體中自由電荷在電場力作用下將發(fā)生定向移動。
2.導體兩端出現(xiàn)感應電荷,感應電荷在導體中產(chǎn)生反方向電場強度Eˊ。
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E0
E'
E'
E'
靜電平衡
E0
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E'
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3.感應電荷的電場增到與外電場相等時E'=E0，導體內(nèi)合場強為零。自由電荷的定向移動停止。
E0
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E=0
4.靜電平衡：導體中無電荷定向移動的狀態(tài),叫靜電平衡狀態(tài)。
靜電平衡
靜電平衡的特點：
2.處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，內(nèi)部的場強處處為零。
3.導體內(nèi)部無電場線分布，外表面處場強方向必跟該點的表面垂直。
1.金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。
靜電平衡的特點
那么，處于靜電平衡狀態(tài)下的導體中的電荷又是怎樣分布的呢？
導體上電荷的分布
PART 02
靜電平衡時導體上電荷的分布特點：
結論1：導體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷只分布在導體的外表面。
結論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。
實驗演示1：法拉第圓筒（點擊播放）
實驗演示2：不規(guī)則帶電體（點擊播放）
導體上電荷的分布
均勻球形導體
枕形導體
靜電平衡時導體上的電荷分布
導體上電荷的分布
原來，導體上越尖銳的地方電荷的密度越大，周圍的場強也越大。這種特點可以加以應用嗎？
尖端放電
PART 03
▲導體周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動
▲帶電粒子與氣體分子碰撞使氣體分子中的正負電荷分離
強電場使空氣分子中正負電荷分離的現(xiàn)象叫做空氣的電離。
尖端放電的原理
▲新產(chǎn)生的帶電粒子在強電場的作用下使空氣進一步電離
▲電離產(chǎn)生的帶電粒子在電場的作用下，向著與自己電荷符號相反的一端運動
導體尖端的電荷密度很大，
因此，使空氣分子電離的現(xiàn)象更容易發(fā)生在導體的尖端。
尖端放電的原理
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，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。
燃氣灶的點火器
尖端放電現(xiàn)象
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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
分子中正負電荷分開
正負電荷奔向異種電荷
相當于尖端失去電荷
尖端放電
應用1：避雷針
生活應用
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。
應用2：高壓設備
生活應用
應用 3：汽車接地放電
問題與思考
處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面。如果放入靜電場的是一個空腔導體，電荷分布又有什么特點呢？
靜電屏蔽
PART 04
罩上金屬網(wǎng)罩
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，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。
靜電屏蔽
電子儀器外套金屬網(wǎng)罩；通訊電纜外包一層金屬等。
靜電屏蔽的應用
超高壓帶電作業(yè)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
內(nèi)屏蔽
外屏蔽
接地的封閉導體殼，內(nèi)部電場對外部沒有影響
內(nèi)屏蔽與外屏蔽
武當山位于湖北省西北部，其主峰天柱峰屹立著一座光耀百里的金殿，全部為銅鑄鎏金。
雷雨交加時，金殿的屋頂常會出現(xiàn)盆大的火球，來回滾動。雨過天晴時，大殿金光燦燦，像被重新煉洗過一般，這就是人們所說的“雷火煉殿”奇觀。
科學漫步
思考與討論
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
PART 05
▲B附近的空氣中氣體分子被電離
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小油滴
小油滴
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小油滴
小油滴
▲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
靜電吸附的原理：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。
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靜電除塵
接負高壓的涂料霧化器
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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，再將墨粉圖樣轉印到紙上。
靜電復印
【練習1】（2024·江蘇·南京師大附中高一期末）下圖是一種新穎的“靜電”絕緣纖維布制成的預防新型冠狀病毒肺炎口罩面料構成示意圖。其中熔噴層經(jīng)駐極工藝，表面帶有電荷，它能阻隔幾微米的病毒，這種靜電的阻隔作用屬于（　　）
A．靜電感應 B．摩擦起電
C．靜電吸附 D．靜電屏蔽
【正確答案】C
【練習2】（2024·江蘇蘇州·高一期中）國家電網(wǎng)檢修人員利用直升機直接或通過絕緣繩索等間接方式將作業(yè)人員運載至線路故障位置開展帶電檢修。請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是（　　）
A．電工被銅絲紡織的衣服所包裹，使體內(nèi)電場強度保持為零，對人體起保護作用
B．直升飛機內(nèi)存在很強的電場
C．小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死
D．銅絲必須達到一定的厚度，才能對人體起到保護作用
【正確答案】A
【練習3】如圖，放在絕緣臺上不帶電的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，若把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則（　　）
A．驗電器C的金屬箔片將張開
B．金屬罩B的右側外表面帶正電荷
C．用導線連接金屬罩B和驗電器C的金屬球，驗電器金箔張開
D．金屬罩B左、右兩側電荷電性相同
【正確答案】B
【練習4】（2024·江蘇·海門中學高一期中）在一次科學晚會上，小陶老師表演了一個“魔術”：如圖甲，一個空塑料瓶中固定著一根細金屬條（鋼鋸條）和一塊易拉罐（金屬）片，將金屬片和鋼鋸條分別與靜電起電機正負極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看到整個塑料瓶里煙霧繚繞。搖動起電機，頓時塑料瓶清澈透明，停止搖動，又是煙霧繚繞，圖乙為其俯視圖。已知金屬片是半徑為R的圓弧，金屬條恰好位于其圓心，兩者的高度均為h。若勻速搖動起電機時，兩極間的電壓恒為U，則（　　）
A．未搖動起電機時，煙塵在金屬片與金屬鋸條之間下落的最大時間為
B．勻速搖動起電機時，金屬片與金屬鋸條之間的電場強度為
C．室內(nèi)空氣濕度越大，實驗效果越好
D．煙塵最終被吸附到金屬片上
【正確答案】D
【練習5】如圖所示，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(nèi)(不與C的內(nèi)壁接觸)，在C附近另外有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B，則（　　）
A．A，B兩球均不偏離豎直方向
B．A球不偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向
C．A球向左偏離豎直方向，B球不偏離豎直方向
D．A球向左偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向
【正確答案】B
直到庫侖定律發(fā)表的時候，電學才進入科學的行列。
——勞厄

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