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第一节 电场 电场强度
架得高的电线与架得低的电线有什么区别呢？
主要内容
电场
电场强度
1
2
电场线
匀强电场
3
4
静电的危害及防护方法
5
01
PART 01
电场
一、电场
电荷分为正电荷和负电荷两种，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
在初中我们已经学过，经过摩擦的物体，如塑料笔杆、玻璃棒等，能够吸引轻小物体，我们就说这些摩擦过的物体带了电荷。孤立物体携带的电荷很快会达到一种相对静止状态，因此被称为静电。
一、电场
科学家发现，自然界中存在的最小电荷是电子和质子所带的电荷。我们把这个最小的电荷称为元电荷，用 e 表示。
电荷的多少称为电荷量，常用 Q 或 q 表示，它的国际单位制单位是 C（库）。通常，正电荷用正数表示，负电荷用负数表示。
【观察与体验】 观察带电体之间的相互作用
一、电场
在如右图所示的铁架台的横杆上，用棉线拴着两个小箔筒。用与丝绸摩擦过的玻璃棒和与毛皮摩擦过的橡胶棒分别让两个小箔筒带上电荷。观察两个带电体之间的相互作用。
【思考与讨论】
与同学讨论，两个带电体之间是通过 发生相互作用的。
一、电场
例如，电荷 A 对电荷 B 的作用，实际上是电荷 A 的电场对电荷 B 的作用；电荷 B 对电荷 A 的作用，实际上是电荷 B 的电场对电荷 A 的作用。
经过长期的科学研究，人们认识到：电荷之间的相互作用是通过一种特殊物质发生的。这种存在于电荷周围看不见、摸不着，但可测量的特殊形态的物质，称为电场。只要电荷存在，电荷的周围就存在着电场。电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，这种力称为电场力。
【应用与拓展】 静电喷涂
一、电场
静电喷涂是使被雾化的涂料微粒带上负电荷，使待涂工件带上正电荷，涂料微粒在高压电场作用下，被吸附到待涂工件表面的涂装方法。与传统的喷漆工艺相比，静电喷涂具有对环境污染小、涂料利用率高、涂饰质量好、生产效率高等优点。从大型的铁路客车、汽车、拖拉机，到小型的工件、玩具以及家用电器等，都可采用静电喷涂技术。
一、电场
到了宋代，有人用孔雀毛扎成的翠羽扫帚清扫一些物品碎屑等，清扫效果特别好。
我国早在西汉时期就发现摩擦过的玳瑁具有吸引轻小物体的性质，后来还将这一性质用来辨别琥珀的真假。
西晋时期人们还发现了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声的现象。
我国古代对静电的研究和应用，丰富了人们对电的认识。
02
PART 01
电场强度
为了分析电场的力的性质，需要引入一种物理模型——检验电荷，代表一种体积和电荷量都非常小的电荷。
电场既然对放入其中的电荷都有力的作用，那么它有什么规律呢？下面我们就结合实验，来分析电场的力的性质。
二、电场强度
【观察与体验】 观察电荷在电场中不同位置的受力情况
二、电场强度
在 A 点放置一个金属球，观察拴着小箔筒的棉线分别挂在 B 点、C 点、D 点时偏离竖直位置的角度。
【思考与讨论】
此现象说明在电场中的不同位置，电场的强弱程度如何？
科学家们通过大量实验发现，将不同的检验电荷放在电场中的同一点，发现不同的检验电荷受到的电场力不同，例如，将一个电荷量为 q 的检验电荷放在该点，受到的电场力为 F；如果将电荷量为 2q 的检验电荷放在该点，则受到的电场力为 2F；而将电荷量为 3q 的检验电荷放在该点，受到的电场力为 3F……但是检验电荷所受的电场力与检验电荷的电荷量的比值是一个不变的常数。
如何定量地描述电场的强弱呢？
二、电场强度
电场强度的国际单位制单位是 N / C（牛每库）。
于是，在物理学中，我们把放入电场中某点的检验电荷所受到的电场力 F 跟检验电荷的电荷量 q 的比值，称为该点的电场强度，用 E 表示，则
二、电场强度
电场强度的大小反映了电场的强弱：电场强度数值大的地方说明电场强，数值小的地方说明电场弱。
电场强度是矢量。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同。
二、电场强度
电场强度反映的是电场本身的力的性质，电场中每一点的电场强度都是固定的，与放入的检验电荷及受力大小无关。
【观察与体验】 观察火花放电现象
二、电场强度
转动起电机的摇柄，会使两个金属小球带上等量异种电荷。先调节两个绝缘柄，使两个放电球相距 10 cm以上。然后将起电机的摇柄转动 5 圈，使两个金属球带上电荷。再调节两个绝缘柄，使两个放电球慢慢靠近，注意观察发生的现象。
【思考与讨论】
与同学讨论，产生放电现象的条件是什么？
通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场强度特别大，空气分子中的正、负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这种现象称为空气的电离。电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，因此可以导电，这就是火花放电现象。
二、电场强度
大自然中最常见的火花放电现象就是闪电，生活中常用的燃气灶和电子打火机的点火装置利用的也是这一原理。
一般情况下，电线的电压越高，离地面或其他接地物体越近，其间的电场强度越大。因此，我国《电力设施保护条例》第五条规定，为了保障人民生命安全和架空电力线路的安全运行，架空电力线路导线与地面间的最小垂直距离不应小于下列数值：低压线路（380 V）通过居民区不小于6米；中压线路（6~10 kV）通过居民区不小于6.5米；高压线路（35~110 kV）通过居民区不小于7米；高压线路（154~220 kV）线路通过居民区不小于7.5米；超高压线路（330 kV）通过居民区不小于8.5米。
二、电场强度
我们要杜绝在架空电力线路附近攀爬、玩耍、钓鱼、放风筝、搬运超高物品等行为，防止发生因放电而危害生命健康的现象。
【行为与责任】
二、电场强度
03
PART 01
电场线
为了形象地描绘电场在空间的分布，英国物理学家法拉第（右图）提出了用电场线表示电场的方法。
三、电场线
把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，放入电场中，这些微屑就按照电场强度的方向排列成规则的曲线，模拟出静电荷周围电场线的分布情景，如右图所示。
三、电场线
因此，我们可以在电场中画出一系列带箭头的曲线，使这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向，都和该点的电场强度的方向相同，如下图所示。这些曲线就称为电场线。
三、电场线
右图所示是单个电荷的电场线分布示意图。
三、电场线
右图所示是两个等量电荷的电场线分布示意图。
三、电场线
【思考与讨论】
与同学讨论，通过观察以上几种电场线的分布情况，可以归纳出电场线的特点有哪些？
电场线的特点：电场线始于正电荷（或无限远处），终止于负电荷（或无限远处），不闭合，不相交。电场强处电场线密，电场弱处电场线疏。
三、电场线
04
PART 01
匀强电场
两块面积相等、互相正对、彼此平行而又靠近的金属板，分别带上等量异种电荷，就可认为在两板间形成了匀强电场（两板边缘附近除外，参见右图）。
在电场的某一区域里，如果各点的电场强度大小和方向都相同，这个区域的电场就称为匀强电场。
四、匀强电场
匀强电场的电场线是疏密均匀、互相平行的直线，如右图所示。
目前，静电已被应用到电力、机械、轻工、纺织、航空航天以及高技术领域有着广泛的应用领域，如静电复印、静电植绒、静电喷涂、静电除尘、静电火箭发动机等。但是，如果不注意，静电也可能给我们带来很多危害。
四、匀强电场
05
PART 01
静电的危害及防护方法
印染厂里，棉纱、毛线、人造纤维带上静电，会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降。
印刷厂里，若纸张带上静电，会使纸张粘在一起，给印刷带来麻烦。
在干燥的环境下，两种不同种类的材料相互摩擦，一般都会产生静电。
五、静电的危害及防护方法
在制药生产中，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度。
静电对精密、灵敏的电子设备颇有影响，放电甚至可以击穿电子器件，毁坏电子仪器。
飞机与空气摩擦而带的静电如果在着陆过程中没有被导走，地勤人员接近机身时，人与飞机间会产生放电，严重时能将人击倒。
在地毯上行走的人，如果带的静电足够多，当人伸手去触碰金属物体时，手与金属间会产生放电，严重时会使人痉挛。
五、静电的危害及防护方法
静电甚至会产生火花放电，点燃易燃物质，引起爆炸。
专门用来装汽油或柴油等液体燃料的卡车，在灌油、运输过程中，燃油与油罐摩擦而产生的静电如果没有被及时导走，积累到一定程度会产生火花放电，引起爆炸。
防止静电危害的基本方法就是尽快将产生的静电导走。一般加油站的自助加油机上都有“静电释放器”按钮，如右图所示。
五、静电的危害及防护方法
油罐车通常靠一条拖在地上的导电橡胶带把静电导走，如右图所示。飞机机轮上通常装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎的，着陆时它们可将机身的静电导入地下；在地毯中掺入导电纤维，消除静电的效果很好；在印染厂中保持适当的湿度，潮湿的空气可使静电很快消失。
五、静电的危害及防护方法
谢谢聆听！

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