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新人教版 必修三
第九章 静电场及其应用
第4节 静电的防止与利用
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？
新知导入：
把一只小鸟放入一个用金属网制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电场中，鸟会安然无恙吗？
如果人在金属笼子里，给笼子加上高压电，人安全吗？
新知导入：
金属导体的微观结构
电子
原子核
金属导体内部的外层电子与带正电的原子核间的相互作用比较弱，故容易脱离且在金属内部游离，称为自由电子，金属导体的整体就是由大量的在平衡位置附近做无规则热振动的正离子和无规则热振动的自由电子组成。
那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？
把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。
一、静电感应

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二、静电平衡


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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。
1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。
导体内部感应电荷产生了与外电场相反的电场.
3.感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止。



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4.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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发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场 和原电场E在导体内叠加为零，即 =E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。
1.静电平衡状态






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导体内电场强度
外电场强度
感应电荷电场强度
导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态。
2.静电平衡的特点
(1).处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
(2).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。
例1.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
拓变1、若此时断开C与地的连线， B、C端带什么电荷？整个导体净余什么电荷？

整个导体带负电荷
负电荷

A
B
C

B 端带负电荷，C 端无净电荷



B端负电荷，C端无电荷

例2.如图所示，A带正电，若导体C端接地，问B、C端各带什么电荷？
拓变2、若B端接地，整个导体净余什么电荷？
三.静电平衡时导体上电荷的分布的特点
法拉第圆筒实验

导体上电荷的分布的特点
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。
2.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面尖端（半径小或曲率大）电荷分布密度大（即单位面积电荷量多），故尖端电场强度大，而凹陷的位置几乎没有电荷。
四.尖端放电
1、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，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
2、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。
3、应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
避雷针的避雷过程
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
空气电离
正负电荷奔向异种电荷
尖端失去电荷
尖端放电
将闪电导入大地
高压设备
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，是一种微弱的尖端放电。
例3.如图所示，在真空中把一绝缘导体向带电(负电)的小球P缓慢地靠近(不相碰)，下列说法中正确的是（ ）
A．B端的感应电荷越来越多
B．导体内场强越来越大
C．导体的感应电荷在M点
产生的场强恒大于在N
点产生的场强
D．导体的感应电荷在MN两点的场强相等
AC
罩上金属网罩
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。
四.静电屏蔽




空腔

内部场强处处为零
?



静电屏蔽实例
　 两位英国科学家在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。
?----触摸百万伏高压电
静电屏蔽的特技表演
静电屏蔽的应用
1.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
2.三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。
静电屏蔽的应用
3.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铅皮，可以防止外电场的干扰.
静电屏蔽的另一种形式
金属罩接地后，地上的自由电子，沿导线向上移动，把金属罩外部的正电荷中和，结果，小球的电场被控制在金属罩的内部，外部不再受影响。
1.屏蔽外电场



外电场
空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响。
空腔导体屏蔽外电场










静电屏蔽的两种情况及本质
①现象：由于静电感应，验电器箔片张开。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，即外部电场影响不到导体内部。
②本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。
1.屏蔽外电场
静电屏蔽的两种情况及本质
①导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。
2.屏蔽腔内电场
静电屏蔽的两种情况及本质
②导体壳接地后，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。
本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零。
例4.把一个带正电的小球 A，放入带绝缘支架的不带电的空心球壳 B 内，但不与 B 的内壁接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法中正确的 （ ）
A. 球壳 B 内空腔处场强为零
B. 球壳 B 外部空间的场强为零
C. 球壳 B 内表面上无感应电荷
D. 若将球壳 B 接地，则球壳带负电

+
B
A
D
五.静电吸附
静电除尘
静电喷漆
静电复印
拓展提高
例5.下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有（ ）
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