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9.4静电的防止与利用
【学习目标】
1、通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。
2、了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。
3、了解静电吸附原理，知道静电在除尘、喷漆、复印等生产中的应用。
【学习重难点】
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、知道什么是静电屏蔽及其有关应用。（重点）
3、知道导体上电荷的分布规律。（难点）
【课前导学】
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：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。
二、尖端放电
1．电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，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．把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内场强保持为零，外电场对壳(网)内的仪器也不会产生影响的现象叫静电屏蔽。
2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。
3. 实现静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。
四、静电吸附
静电吸附原理
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，这个原理在生产技术上被广泛应用。
【重难探究】
【探究一】静电平衡
处于静电平衡状态的导体，其特点是导体内部场强处处为0。对它的理解要从导体的内部有电场强度的三种说法开始，即原电场强度、感应电荷产生的电场强度和合电场强度。遇到比较电场强度的问题，首先要看准是比较的哪个电场强度，然后根据题目所给的情况和导体内部的合电场强度为0作出分析及判断。处于静电平衡状态的导体，其特点是导体内部场强处处为0。对它的理解要从导体的内部有电场强度的三种说法开始，即原电场强度、感应电荷产生的电场强度和合电场强度。遇到比较电场强度的问题，首先要看准是比较的哪个电场强度，然后根据题目所给的情况和导体内部的合电场强度为0作出分析及判断。
【探究二】尖端放电
1.静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。
2.在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。这个现象叫作空气的电离。
3.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
(1)避雷针应用了尖端放电原理。避雷针上的电荷通过针尖放出，逐渐中和云层中的电荷，保护建筑物免遭雷击。
(2)高压输电设备的部件，其表面应该尽量光滑，就是为了避免因尖端放电而造成电能损失或事故。
【探究三】静电屏蔽和静电吸附
1.封闭的金属网罩或者金属空腔内部(称为被屏蔽区域)，电场强度处处为0，这样，不管外部的电场强度多强、多复杂，都不会影响到金属网罩或金属空腔的内部，从而有效地保护了被屏蔽区的设施。在进行静电屏蔽时，往往还将金属网罩或金属空腔接地，以使金属网罩或金属空腔的电势也为0。
2.静电也可以利用。在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着带有异种电荷的电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。例如，静电除尘、静电喷漆、静电复印等。
【典例训练】
1.下列说法正确的是( )
A.避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和
B.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形
C.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电
D.为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑
2.如图所示用金属网把原来不带电的验电器罩起来，再使带正电的金属小球靠近验电器，在此过程中( )
A.金属则的左侧感应出负电荷
B.验电器的箔片感应出正电荷
C.验电器的箔片不张开
D.金属网中的感应电荷在箔片处的合电场强度为零
3.如图是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱为尖头，B为圆头。逐渐升高电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象，则( )
A.A容易放电 B.B容易放电 C.都容易放电 D.无法判断
4.如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业时，全身穿戴带电作业用的屏蔽服。屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装。下列说法正确的是( )
A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破
B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽
C.电力工作人员穿上屏蔽服后，体内场强为零
D.屏蔽服中的金属网不能起到屏蔽作用
5.如图，实心金属球A半径为R，电荷量为Q，点电荷B电荷量为q。B与A球心间的距离为r。当B不存在而只有A存在时，在球心O处的电场强度等于_______。当点电荷B也同时存在并达到静电平衡时，金属球上的电荷在球心O处产生的场强的大小等于_______。（静电力常量为k）
答案以及解析
1.答案：ACD
解析：避雷针避雷的原理是通过尖端放电，将云层中电荷中和，因此避雷针顶端不能设计成球形，A正确，B错误；为了避免尖端放电，验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，高压输电导线表面要尽量光滑，C、D正确。
2.答案：C
解析：根据静电感应可知，金属网的左侧感应出正电荷，故A错误；金属网把原来不带电的验电器罩起来，产生静电屏蔽，箔片不发生静电感应，故B错误，C正确；金属网中的感应电荷与外部金属小球在箔片处的合电场强度为零，故D错误。故选C。
3.答案：A
解析：根据导体表面尖锐程度越大的地方电荷分布越密集，可知金属柱A尖头处电荷密集，电场强，它与板M之间的空气容易发生电离，从而发生尖端放电现象，故A正确。
4.答案：BC
解析：屏蔽服的作用是在穿上后，使处于高压电场中的人体内电场强度处处为零，从而使人体免受高压电场及电磁波的危害，可知BC正确，AD错误。
5.答案：
解析：当B不存在而只有A存在时，A上电荷均匀分布，取球上任意元电荷在球心处形成的场强，均有另一关于球心对称元电荷产生的电场与之“抵消”，所以在球心O处的电场强度是0；利用静电平衡的特点，金属球内部场强处处为零，金属球上的所有电荷在其内部产生的电场强度与球外点电荷产生的电场强度大小相等，所以。

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