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第4节静电的防止与利用
第九章静电场及其应用
第九章 静电场及其应用
9.4静电的防止与利用
一、 静电平衡
(1)把一个不带电的金属导体放到电场中，由于静电感应，在导体两侧感应出异种电荷，它们在导体内部产生的电场与外部的电场方向相反。在叠加后的电场作用下,仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度为0,导体内的自由电子不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态。
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E0
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1、导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动.
E'
E'
E'
2、导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场.
0
E
-
-
-
E'
-
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-
3、感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止 .
0
E
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E=0
4、静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态.
1、处于静电平衡状态导体的特点：
（2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
（3）导体外部电场线与导体表面垂直
（1）导体内部的场强处处为零
2、电荷分布
法拉第圆筒实验
2、电荷分布
静电平衡时导体上电荷的分布的特点：
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷
二、尖端放电
1、空气的电离
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。
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．
在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电．而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象
二、尖端放电
尖端放电
导体尖端电荷密度大
尖端周围电场强
空气中残留带电粒子剧烈运动
空气电离
正负电荷奔向异种电荷
尖端失去电荷
尖端放电
3.应用：高压设各中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失成事故。安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击。
雷击
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例1、如图所示，A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是( 　　)
A．C棒的电势一定高于D棒的电势
B．若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
C．若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D．若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
ABD
解析：由下图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为UA>UC>UD>UB.当用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了．
解析：当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地．故选项A、B、D正确．
答案：ABD
例2、如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷＋Q，a、b点是金属板右侧表面的两点，其中a到＋Q的距离较小．下列说法正确的是(取大地电势为零)( 　　)
A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电
B．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电
C．整个导体，包括表面上的a、b点，是一个等势体，且电势等于零
D．a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强要强(大)一些
BCD
解析：金属板接地时，右侧表面仍有感应负电荷，而且a点附近的电荷面密度(单位表面积的电荷量)比b点附近的电荷面密度要大些，场强要强(大)些，电场线也密一些；整个金属板是等势体，右侧表面是等势面，电场线与等势面垂直，可见a、b两点的场强方向都垂直指向右侧面，方向相同，选项D也正确.
答案：BCD
三、静电屏蔽
(1)定义:把一个电学仪器放在封闭的金属壳里、即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为0.外电场对壳内的仪器E=0不会产生影响。金属壳的这种作用叫静电屏蔽。
(2)说明:实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。
①现象:图甲中,验电器的箔片张开;图乙中,验电器的箔片不张开。
②结论:金属网罩能把外电场挡住，使罩内仪器不受外电场的影响。
静电屏蔽的另一种应用：接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响
如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图(甲)所示，当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图(乙)所示。
静电屏蔽的另一种应用：接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响
特别提醒：
(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。
(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响（即外不影响内，内影响外）。
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。
静电屏蔽的应用：
例1、将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有（ ）
A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向
B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向
C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变
D．A和B的位置都不变
B
解析：带正电的小球A放在不带电的空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在电场力作用下向右偏靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处场强为零，故A球不受电场力，位置不变．
答案：B
四、 静电吸附
(1)原理:在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上。
(2)静电除尘:设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来,这就是静电除尘。
(3)静电喷漆:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，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。
(4)静电复印:复印机也应用了静电吸附。
1.下列现象中，属于静电利用的是 ( )
A. 在很高的建筑物顶端装上避雷针
B. 在高大的烟囱中安装静电除尘器
C. 油罐车后面装一根拖在地上的铁链条
D. 存放易燃品的仓库的工人穿上导电橡胶做的防电靴
课堂训练
B
2.下列实验中，验电器的金属箔片会张开的是(　 )
ACE
A
B
C
会
不会
会
不会
会
不会
金属网罩
绝缘底板
D
金属网罩
绝缘底板
E
地 面
金属网罩
F
3.如图所示，用绝缘柱支持的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是闭合的．把带正电的物体C移近A端，然后把A和B分开较远的距离，再移去C，则（ ）
A. C移近A端时，A端的金属箔张开，B端的金属箔闭合
B. C移近A端时，A端的金属箔闭合，B端的金属箔张开
C. A和B分开，移去C后，B端的金属箔会立即闭合
D. A和B分开，移去C后，A端的金属箔仍会张开
D
4. 在感应起电中，带负电物体靠近带绝缘底座的导体时，如图所示N处将（ ）
A. 不带电
B. 带负电
C. 带正电
D. 不能确定
C
5. 如图所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是（ ）
A. 若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电
B. 若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
C. 若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电
D. 若用导线将P端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
A
6．如图所示，一带正电的绝缘金属球壳A，顶部开孔，有两只带正电的金属球B、C用金属导线连接，让B球置于球壳A的空腔中与内表面接触后又提起到如图所示的位置，C球放在A球壳外离A球较远，待静电平衡后，正确的说法是( )
A．B、C球都带电
B．B球不带电，C球带电
C．让C球接地后，B球带负电
D．C球接地后，A球壳空腔中场强为零
BC
7．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，它们相距L。如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r(2r＜L)的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小＿＿＿＿ 方向＿＿＿＿。
12KQ/L2
B A

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