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9.4 静电的防止与利用
第九章 静电场及其应用
人教版 高中物理必修第三册
目录
静电平衡
导体中电荷的分布
静电平衡
静电屏蔽
尖端放电
静电吸附
打雷时呆在汽车里比呆在木屋里要危险吗
新课引入
自然界到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
静电有其有利的一面，也有有害的一面。今天我们来学习静电的防止与利用。
新课引入
避雷针
思考与讨论：将一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，根据金属的微观结构模型，自由电子怎样移动呢？
金属导体中自由电子受到电场的电场力作用后向左移动，在导体 AB 侧的平面上将感应出负电荷，在 CD 侧的平面上将感应出正电荷。
静电平衡
导体两侧出现的正、负感应电荷在导体内部产生与电场强度E0方向相反的电场，其电场强度为 E′。（这个电场叫作感应电场）
电荷的移动是无休止的吗？导体内的场强变化情况？
静电平衡
感应电场和外电场叠加，使导体内部的合场强逐渐减弱，但只要 就仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的合场强E＝0时，导体内的自由电子不再发生定向移动。这时我们说，导体达到静电平衡。
静电平衡
2、处于静电平衡状态下的导体特点：
(1)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。
(2)内部的电场处处为0。
(3)导体内部无电场线分布，外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。
1、静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E′和原电场E0在导体内叠加为零，即E′=E0时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
静电平衡
巩固练习
例、一金属球,原来不带电,现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图所示.金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a,b,c三点的电场强度大小分别为Ea,Eb,Ec,三者相比,则(　　)
C
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=Ec
静电平衡状态下导体中电荷的分布
结论：导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。
实验演示：法拉第圆筒
结论：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。
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均匀球形导体
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不规则带电体
1、空气的电离
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
2、尖端放电
那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。
尖端放电
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 一个或几个尖锐的金属棒,安装在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地的良好接触。
针尖形状
尖端放电应用：避雷针
2.现象： 夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，伴随嘶嘶声，这种现象俗称电晕，这是一种微弱的放电现象。
1.避免：尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。
尖端放电应用：高压设备
静电屏蔽
交流讨论
处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的表面，如果将这个导体掏空，电荷会怎样分布呢？
静电平衡时，导体壳壁W内的电场为零，内表面又没有电荷，即电场线只能在空腔C之外，不会进入空腔之内。所以导体壳内空腔里的电场也处处为零。
静电屏蔽
视频《静电屏蔽实验与应用》
定义：
导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
静电屏蔽
静电屏蔽
接地导体内部的电场不影响导体外部
当把导体壳接地后，电荷q在壳内的电场对壳外面空间就没有影响了。
静电屏蔽
项目 图示 原理 效果
静电屏蔽的两种模型：
屏蔽
外电场
屏蔽
内电场
处于静电平衡状态的导体
内部电场强度处处为零
外表面的感应电荷传给大
地，不产生外部电场
导体内空腔
不受外界影响
导体外部不受
空腔内部电荷影响
静电屏蔽的应用
（1）通讯电缆外面所包的一层金属皮，可以防止外电场的干扰。
避雷线
（2）输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。
铜芯导线
铜丝编织
（3）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
静电屏蔽的应用
例、如图所示，带电金属球靠近验电器。下列关于验电器的箔片的说法正确的是（　　）
A．若不放金属网罩，则箔片张开
B．若放金属网罩，则箔片张开
C．无论放不放金属网罩，箔片都不张开
D．只要带电金属球电荷量足够大，无论放不放金属网罩，箔片都会张开
A
巩固练习
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。
（1）静电除尘
静电吸附
静电吸附:在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动， 最后会被吸附在电极上。
（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
利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。
静电吸附
课堂小结
静 电 的 防 止 与 利 用

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