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第九章 静电场及其应用
必修第三册 人教版
第4节 静电的防止与利用
同学们，今天开启必修第三册第九章第四节“静电的防止与利用”的学习。
在这里，你将探究静电的产生与影响，理解静电防用的核心原理，掌握典型实例的运作机制，认识趋利避害的科学思维价值。
让我们一起走进静电的实际应用世界，通过观察生活现象、结合模拟实验分析，明晰静电防用的关键逻辑，为解决实际电磁问题筑牢基础！
导入新课
自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，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？
问题
？
物理观念 1.理解静电产生的本质是电荷的转移与积累，知道摩擦起电、感应起电等常见成因；
2.掌握静电利用和防止的核心原理。
科学思维 1.能运用电场知识解释静电吸附、火花放电等现象的原理；
2.通过对比静电利用与危害的案例，归纳 “趋利避害” 的科学分析思路。
科学探究 1.设计简单实验观察静电现象，验证电荷转移规律；
2.模拟探究接地、绝缘等措施对静电防范的效果。
科学态度 与责任 1.认识静电在工业、生活中的实际应用价值（如静电喷涂），树立理论联系实际意识；
2.了解静电危害，重视安全防范措施。
学习目标
重点难点
重点 1.理解静电产生的本质原因；
2.掌握静电利用的典型实例及原理；
3.明确静电防止的常用方法及依据。
难点 1.理解静电现象背后的电场作用机制；
2.实际场景中静电防用原理的迁移应用；
3.区分不同情境下的静电应对措施。
1. 静电平衡
2. 尖端放电
3. 静电屏蔽
4. 静电吸附
5. 课堂总结
6. 练习与应用
7. 提升训练
学习内容
一、静电平衡
第4节 静电的防止与利用
一、静电平衡
如图，把一个不带电的金属导体ABCD放电电场强度为E的电场中。导体上会出现怎样的现象？
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由于静电感应，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。
1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。
一、静电平衡
导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？
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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。
感应电荷的电场和外电场叠加，使导体内部的电场减弱。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E＝0
一、静电平衡
感应电荷的电场和外电场叠加，使导体内部的电场减弱。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E＝0
3. 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。
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导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？
一、静电平衡
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2.处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为0。
1.金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。
静电平衡的特点
一、静电平衡
静电平衡的特点
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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。
若场强方向跟该点的表面若不垂直，则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。
处于静电平衡状态下的导体中的电荷又是怎样分布的呢？
【例题1】某物理兴趣小组利用下图装置来探究影响电荷间静电力的因素。图中，A是一个带正电的小球，系在绝缘丝线上带正电的小球B会在静电力的作用下发生偏离，静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。
(1)他们分别进行了以下操作。
①把系在丝线上的带电小球B先后挂在如图甲中横杆上
的P1、P2、P3等位置，小球B平衡后丝线偏离竖直方向
的夹角β依次减小，由此可得，两小球所带电量不变时，
距离增大，两小球间静电力 。（选填“增大”“减小”或“不变”）
②系在丝线上的带电小球B挂在横杆上的P1位置，增大小球A所带的电荷量，小球B平衡时丝线偏离竖直方向的夹角θ增大，由此可得，两小球距离不变时，电荷量增大，两小球间静电力 。（选填“增大”“减小”或“不变”）
(2)以上实验采用的方法是________（填正确选项前的字母）。
A．等效替代法 B．理想实验法 C．控制变量法 D．微小量放大法
减小
增大
C
一、静电平衡
【解析】（1）在丝线上的带电小球B先后挂在如图甲中横杆上的P1、P2、P3位置，小球B平衡后丝线偏离竖直方向的夹角依次减小，由此可得，两小球所带电量不变时，距离增大，两小球间静电力减小；使小球B处于同一位置，增大小球A所带的电荷量，小球B平衡时丝线偏离竖直方向的夹角增大，由此可得，两小球距离不变时，电荷量增大，两小球间静电力增大。
（2）图甲中先保持带电小球的电荷量不变，把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3位置，改变两个小球之间的距离，比较库仑力的大小；后来保持小球之间的距离不变，改变小球所带的电荷量大小，分析小球之间的库仑力，所以实验采用的方法是控制受量法，故C正确，ABD错误。
【答案】（1）减小 增大 （2）C
一、静电平衡
二、尖端放电
第4节 静电的防止与利用
二、尖端放电
尖端周围电场很强
思考1.避雷针的原理是什么？
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+ + + + +
+
++
+ +
空气电离
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。
尖端上的电荷被中和
等效于
尖端释放电荷
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，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
二、尖端放电
静电平衡时导体上的电荷分布：
（1）导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面；
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（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
根据静电平衡时导体上的电荷分布规律：
①导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。
②电离出来的正、负电荷，与尖端附近的异种电荷进行中和，相当于导体从尖端失去电荷，这种现象称之为——“尖端放电”。
二、尖端放电
尖端放电
现象
二、尖端放电
尖端放电
过程
二、尖端放电
尖端放电的应用：
避雷针
二、尖端放电
应用——电子点火器
针尖形状
打火机电击器
二、尖端放电
2.现象：
尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电现象。
防止：高压设备
【例题2】搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射成功，神舟十三号升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的神舟十三号能被视为点电荷的是（ ）
A．研究神舟十三号与距其1 m处的一个带电微粒之间的静电力
B．研究神舟十三号与地球（带负电）之间的静电力
C．任何情况下都可视为点电荷
D．任何情况下都不可视为点电荷
B
二、尖端放电
【解析】
由带电体看作点电荷的条件可知，研究神舟十三号与距其1m处的一个带电微粒之间的静电力时，神舟十三号的大小、形状以及电荷量的分布不能忽略不计，不能看作点电荷，故A错误；研究神舟十三号与地球（带负电）之间的静电力时，神舟十三号的大小、形状以及电荷量的分布可忽略不计，能看作点电荷，故B正确；结合A、B选项可知，神舟十三号能否视为点电荷是由研究问题的性质决定的，故C、D错误。
故选B。
二、尖端放电
【例题3】关于库仑定律，下列说法正确的是（　　）
A．相互作用的两个点电荷，质量大的受到的库仑力大
B．相互作用的两个点电荷，电量大的受到的库仑力大
C．两个点电荷在电量和距离条件相同时，在空气和煤油中
受到的库仑力一样大
D．库仑定律适用于计算真空中两个静止点电荷间作用力的
大小，作用力的方向根据两电荷的电性进行判断
D
二、尖端放电
【解析】
库仑定律研究两个点电荷间的相互作用力，相互作用的两个电荷间的作用力总是大小相等，方向相反，与电荷的质量、电量无关，故A、B错误；库仑定律适用于计算真空中两个点电荷间的作用力，两个点电荷在空气中和在煤油中的库仑力不同，故C错误；库仑定律适用于计算两个点电荷间作用力的大小，作用力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断，故D正确。
故选D。
二、尖端放电
三、静电屏蔽
第4节 静电的防止与利用
三、静电屏蔽
议一议：如果放入电场中的是一个空腔导体，会如何？
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不会产生影响。
金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
三、静电屏蔽
三、静电屏蔽
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。
三、静电屏蔽
内屏蔽
外屏蔽
接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响
三、静电屏蔽
应用：屏蔽服、屏蔽线、高压线屏蔽
屏蔽服
屏蔽线
高压线屏蔽
【例题4】如图所示的实验装置为库仑扭秤。细丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的B球，B与A处于静止状态，当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近
A时，A和C之间较小的作用力可以使细丝发生比较大的可测
量的扭转，通过细丝扭转的角度可以比较力的大小。
(1)上面用到的实验方法为 。（选填等效替代
法、微小量放大法、极限法、控制变量法和逐差法）
(2)保持电荷最不变，改变A和C的距离，得到相互作用力F和
A、C间距离r的关系，这里用到的实验方法为 。（选填等效替代法、微小量放大法、极限法、控制变量法和逐差法）
(3)法国物理学家库仑用该实验方法，得到相互作用力F和A、C间距离r的关系是 。
微小量放大法
控制变量法
力F和A、C间距离r的平方成反比
三、静电屏蔽
【解析】
（1）A和C之间较小的作用力可以使细丝发生比较大的可测量的扭转，通过细丝扭转的角度可以比较力的大小，用到的实验方法为微小量放大法。
（2）保持电荷最不变，改变A和C的距离，得到相互作用力F和A、C间距离r的关系，这里用到的实验方法为控制变量法。
（3）法国物理学家库仑用该实验方法，得到相互作用力F和A、C间距离r的关系是：力F和A、C间距离r的平方成反比。
故选(1)微小量放大法 (2)控制变量法 (3)力F和A、C间距离r的平方成反比
三、静电屏蔽
四、静电吸附
第4节 静电的防止与利用
四、静电吸附
思考：为什么最后烟尘都没有了？
起电机
烟尘
请认真观察烟尘的变化
四、静电吸附
思考2.烟尘通常是电中性的，哪来的带电粒子？
思考：为什么要加载高压 高压的作用是什么
建模
烟尘为什么会消失呢？
粉尘
气体电离
→粉尘电荷
→移向电极
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+
+
+
四、静电吸附
接负高压的涂料雾化器
工件
用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，油漆微粒向着正极的工件运动，并沉积在工件的表面。
应用：静电喷涂
四、静电吸附
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。
应用：静电复印
【例题5】真空中有两个完全相同、相互吸引的导体小球A和B（可视为点电荷），小球A所带的电荷量是小球B的3倍。将两小球固定在空间某两点时，它们之间库仑力的大小为F。将两小球互相接触后再放回原处，它们之间库仑力的大小为（　　）
A． B． C．F D．无法判断
A
四、静电吸附
【解析】
两小球相互吸引，则两球带异种电荷，设为3q和-q，则根据库仑定律
，将两小球互相接触后再放回原处，两球带电量分别为q、q，则
库仑力为 。
故选A。
四、静电吸附
五、课堂总结
第4节 静电的防止与利用
五、课堂总结
六、练习与应用
第4节 静电的防止与利用
1. （24-25高二上·广东汕头·期末）物理学中引入了“质点”、“点电荷”等概念，从科学方法上来说属于（　　）
A．比值法
B．等效替代
C．建立物理模型
D．控制变量
六、练习与应用
C
【解析】
质点是一个有质量但不存在体积与形状的点，点电荷指本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体，从科学方法上来说都属于建立物理模型，故C正确。
故选C。
六、练习与应用
六、练习与应用
2. 两个完全相同金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷，两球之间的相互吸引力大小为F，不带电金属小球C与A、B完全相同，且带有绝缘手柄，使C与A、B两个球依次接触后移远，金属小球A、B可视为点电荷，间距始终不变，此时A、B两个球之间的相互作用力大小是（　　）
A
【解析】
初始AB之间为吸引力说明电荷异性，设A带正电，则B带负电，且
，使C与A、B两个球依次接触后移远，则AB带电荷量分别
变为 ， ，则此时A、B两个球之间的相互作用
力大小 ，故A正确。
故选A。
六、练习与应用
六、练习与应用
3. 绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球（均视为点电荷），将甲固定，使乙逐渐远离甲，则在乙远离甲的过程中，甲所受乙的静电力F和两小球间的距离x的变化关系图像可能正确的是（　　）
D
【解析】
根据库仑定律得 ，随着距离的增大，静电力减小，故A、C
错误；根据库仑定律得 ，静电力F和两小球间的距离x不是一次函数，故B错误，D正确。
故选D。
六、练习与应用
七、提升训练
第4节 静电的防止与利用
1.
A
七、提升训练
【解析】
小球B处于静止状态，根据平衡条件可得
解得
故A正确。
故选A。
七、提升训练
2.如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电，b带负电，a所带的电荷量比b所带的电荷量大。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的其中一条来表示，它应是（　　）
A．F1 B．F2 C．F3 D．F4
A
七、提升训练
【解析】
根据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”的规律可得金属小球c受到a和b的静电力方向，但由于a的带电荷量大于b的带电荷量，故Fac与Fbc的合力只能为F1，如图所示，故选A。
故选A。
七、提升训练

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