2020人教版物理必修第三册第9章 4.静电的防止与利用

4.静电的防止与利用

[学习目标] 1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。(重点)2.了解空气电离和尖端放电现象。3.知道导体上电荷的分布规律。(难点)4.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。(重点)5.了解静电除尘、静电喷漆和静电复印的原理。

一、静电平衡

1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。

2．静电平衡状态：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。

3．导体内部电场强度特点：内部电场强度处处为0。

二、尖端放电

1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。

2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。

3．尖端放电的应用与防止

(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。

三、静电屏蔽

1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。

2．静电屏蔽的应用

(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。

(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。

四、静电吸附

1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。

2．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。

3．静电复印的工作过程：

(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。

(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。

(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。

(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。

(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。(√)

(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。(×)

(3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(×)

(4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。(×)

(5)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(√)

2．如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到静电平衡时，下列判断正确的是()

A．金属球将产生出正电荷

B．金属球左侧将出现负的净电荷

C．点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零

D．A的内部合电场强度处处为零

D[由于静电感应，金属球左侧带正电，右侧带负电，A、B错误；点电荷在球心产生的电场强度不为零，C错误；A的内部合电场强度处处为零，D正确。] 3．(多选)关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是()

A．静电感应是由于导体内的自由电子受静电力作用的结果

B．导体内的自由电子都不运动称为静电平衡

C．处于静电平衡状态时，导体所占空间各处电场强度均为零

D．处于静电平衡状态时，导体内部将没有多余的“净”电荷

AD[静电平衡是由于导体内的自由电子受静电力的作用而发生定向移动，最后达到稳定的状态，选项A正确；达到静电平衡后，自由电子不再定向移动，但是仍然做无规则的热运动，选项B错误；导体处于静电平衡时，电荷只分布在导体外表面上，导体内部没有多余的“净”电荷，选项D正确；导体处于静电平衡时，导体内部的电场强度为零，但导体表面的电场强度不为零，选项C 错误。]

1

(1)电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。

(2)合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。

2．对静电平衡的三点理解

(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。

(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。

(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。

3．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点

(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。

(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示。

(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。

甲乙

处于静电平衡的导体周围的电场分布情况

静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。

【例1】 在真空中有两个点电荷A 和B ，电荷量分别为－Q 和＋2Q ，相距为2l ，如果在两个点电荷连线的中点O 有一个半径为r (r ≪l )的空心金属球，且球心位于O 点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O 处的电场强度的大小为多少？方向如何？

[解析] 根据电场的叠加和静电平衡，球心O 处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A 、B 两点电荷在O 处所产生的合场强等大、反向，即E 感＝E A

＋E B ＝k Q l 2＋k 2Q l 2＝3kQ l 2，A 、B 在O 处产生的电场强度方向向左，所以E 感向右。 [答案] 3kQ l 2

方向向右

上例中，若将点电荷B 移走，其他条件不变，则球壳上的感应电荷在O