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(共33张PPT)
第二章 静电场的应用
粤教版 必修三
第三节 静电的利用与防护
新课导入
自然界中处处都有静电，那看来处处都可能存在危险，我们如何防止静电给我们带来的危害呢？
—— 弄清放电现象的原理是怎样的!
新课导入
这些放电现象，有什么共同点吗？
带电体
带电体
导体
导体
构建模型
带电体
导体
感应起电
金属的微观结构模型
如何从微观层面解释感应起电？
A
B
C
D
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-
-
A
B
C
D
+++
E0
E0
E0
A
B
C
D
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？
思考：
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？
思考：
-
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+
E’
E0
E0
E0
导体两侧感应出的正、负电荷会在导体内部产生一个反方向的感应电场E’
感应电场与外电场叠加抵消（E=E’），直到导体内部各点的电场强度E=0
导体内自由电子不再发生定向移动，达到静电平衡状态
一、静电平衡
1．静电平衡
(1)静电平衡状态：导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态．
(2)静电平衡的条件：导体内部合场强为零，即E内＝0．
(3)静电平衡状态下导体的特征：
①导体内部场强处处为零．
②导体表面场强垂直表面．如果不垂直，场强
就有一个沿导体表面的分量，自由电子还要发生
定向移动，这就不平衡了．
③导体为等势体，表面为等势面．
金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。
电荷以光速移动，故放入电场后马上达到静电平衡
一、静电平衡
(4)静电平衡导体的电荷分布特点：
①导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面．
一头粗一头细的导体
均匀球形导体
②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，凹陷的位置几乎没有电荷．
【例题】关于静电平衡，下列说法中正确的是( )
A．当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等
B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直
C．绝缘体也有静电平衡状态
D．达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面
ABD
新知探究
问题：感应起电时，导体达到静电平衡状态，此时电荷分布在导体外表面，不发生定向移动，怎么会产生放电现象呢？
实验观察：感应起电机的放电现象
刚开始摇动手柄时，两个小球间没有放电火花
继续摇动手柄到一定程度时，两个小球间有放电火花产生
当金属小球电荷积累到一定程度时，才会发生放电现象。
二、放电现象的原理
导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动
带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离
问题1：小球外表面电荷积累越多，电荷密度越大，则小球外部的电场强度越大。这样的一个强电场会造成什么结果呢？
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。
课本P47
新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离
电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动。电离产生的带电粒子与导体上的电荷中和
大量带电粒子的运动，使空气中有了电流，发出光和热并产生声音，这就是我们看到放电火花。
二、放电现象的原理
问题2：空气的电离容易在导体的什么部位发生？
导体尖端的电荷密度很大，故使空气分子电离的现象更容易发生在导体的尖端。
三、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，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
燃气灶的点火器
生活应用
电荷积累到一定程度时，会发生放电现象。
我们如何避免产生静电火花呢？
——防止电荷的积累
（接地，把积累的电荷导入大地）
▲油罐车的接地铁链
▲加油站的静电释放器
思考：
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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
强电场使空气分子中正负电荷分离
带电云层与避雷针间空气成为导体
带电云层与避雷针连通形成电路
避雷针接地，将云层电荷导入大地
应用1：避雷针
生活应用
应用2：高压设备
生活应用
1.避免：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。
2.现象：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。
新课导入
超高压带电作业的工人在高压线上检修
用金属丝线制成的防护服
思考：这样的衣服为什么能够保护他们呢？
四、静电屏蔽
带电体靠近空腔导体
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+
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-
金属导体壳壁W
空腔C
E=0
由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，遮挡住了外界电场的影响，这种现象叫静电屏蔽．
金属包皮或网罩只能屏蔽外来电场，不能挡住内部电荷向外激发的电场．
两种典型的静电屏蔽现象
①外屏蔽：空腔导体内部电场强度处处为零。外部电场对内部仪器没有影响。
②全屏蔽：如图所示，如果空腔导体接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。
四、静电屏蔽
静电屏蔽的应用
四、静电屏蔽
电学仪器和电子设备外面的金属罩
通讯电缆外面所包的一层金属皮
三条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。
【练习1】如图所示，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C的内壁接触)，在C附近另外有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，则（　　）
A．A，B两球均不偏离竖直方向
B．A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向
C．A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向
D．A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向
B
课堂练习
【练习2】国家电网检修人员利用直升机直接或通过绝缘绳索等间接方式将作业人员运载至线路故障位置开展带电检修。请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（　　）
A．电工被铜丝纺织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用
B．直升飞机内存在很强的电场
C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死
D．铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用
A
课堂练习
静电虽然有危害，但也可以利用。你知道的应用有哪些呢？
透明圆筒的中心轴上安装了一根直导线，两侧放置金属板
将直导线和金属板分别与起电机的两极相连
实验现象
▲摇动起电机前
▲摇动起电机后
这样的简单装置能够除去油烟，它的原理是怎样的呢？
金属圆筒内有很强的电场，
距离管心的金属线越近的地方，场强越大．
金属线附近的气体分子被强电场电离，成为电子和正离子；
在电场力的作用下，正离子被吸引到负极（金属线）上；电子在向着正极（金属圆筒）运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使油滴/粉尘带负电，并被吸附到金属圆筒上．
粉尘在筒壁积累到一定程度时，会在重力的作用下落入下面的漏斗中再被排出．
此设备既可清洁环境，又可在除尘过程中回收有用物
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1、静电吸附、静电除尘
五、静电的利用
(课本P46)
2、静电喷漆
五、静电的利用
(课本P45)
接负高压的涂料雾化器
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工件
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，油漆微粒向着带正电荷的工件运动，并沉积在工件的表面，这就是静电喷漆。
3、静电复印
五、静电的利用
(课本P46)
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。
4、静电植绒
五、静电的利用
(课本P47)
静电植绒是利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质，通过使绒毛带上负电荷，令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上．
课堂总结
【练习3】下图是一种新颖的“静电”绝缘纤维布制成的预防新型冠状病毒肺炎口罩面料构成示意图。其中熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　）
A．静电感应 B．摩擦起电
C．静电吸附 D．静电屏蔽
C
课堂练习
【练习4】在一次科学晚会上，小陶老师表演了一个“魔术”：如图甲，一个空塑料瓶中固定着一根细金属条（钢锯条）和一块易拉罐（金属）片，将金属片和钢锯条分别与静电起电机正负极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看到整个塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕，图乙为其俯视图。已知金属片是半径为R的圆弧，金属条恰好位于其圆心，两者的高度均为h。若匀速摇动起电机时，两极间的电压恒为U，则（　　）
A．未摇动起电机时，烟尘在金属片与金属锯条之间下落的最大时间为
B．匀速摇动起电机时，金属片与金属锯条之间的电场强度为
C．室内空气湿度越大，实验效果越好
D．烟尘最终被吸附到金属片上
D
课堂练习

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