第九章靜電場及其應用第4節靜電的防止與利用課程標準學習目標了解生產生活中關于靜電的利用與防護。1．知道什么是靜電平衡狀態，能說出靜電平衡狀態下的導體特點.2．知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現象及其成因.3．了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理．（一）課前閱讀：如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發生定向移動，使導體兩端出現等量異種電荷．請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？2.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？3．靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？（二）基礎梳理一、靜電平衡1．靜電平衡：導體內的自由電子不再發生的狀態．2．處于靜電平衡狀態的導體，其內部的電場強度處處為.3．導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)，凹陷的位置幾乎沒有電荷．【微點撥】孤立的帶電體孤立的帶電體，電荷分布穩定后，也處于靜電平衡狀態。【即學即練】1.判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態下的導體內部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導體內部的電場強度處處為零．()(2)靜電平衡時，導體內部表現為電中性，電荷都分布在外表面，導體內部沒有凈剩電荷．()(3)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態，不具有靜電平衡的特點．()二、尖端放電靜電屏蔽1．空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷的現象．2．尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷，相當于導體從尖端的現象．3．尖端放電的應用與防止：(1)應用：是利用尖端放電避免雷擊的一種設施．(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失．4．靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內表面沒有電荷，導體殼內空腔里的電場強度處處為.外電場對殼(網)內的儀器不會產生影響，金屬殼的這種作用叫作．5．靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連．【拓展補充】在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片能張開嗎？為什么？三、靜電吸附1．靜電吸附：在電場中，帶電粒子在作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現象．2．靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程．3．靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為的工件運動，并沉積在工件表面．4．靜電復印：復印機應用了的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是，受光照時變成導體．【微點撥】靜電除塵小實驗這里介紹一種很簡單的演示裝置。將圓柱形鐵罐的底部去掉，變為兩端開口的圓筒，再通過一根絕緣柄把圓簡裝在鐵架臺上，圓筒的中軸線處吊一根下系一個重物的金屬線。演示時，將靜電起電機的兩個電極分別接于圓筒和金屬線上端。在圓筒下方點燃蚊香，煙霧從圓筒上冒出。起電時，煙霧即刻消失。一、靜電平衡1．處于靜電平衡狀態的導體內部電場強度為零的本質是外電場E0和感應電荷產生的電場E′的合電場強度為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態，內部電場強度為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合電場強度為0.3．處于靜電平衡狀態的導體，其外表面任一點的電場強度方向跟該點的表面垂直．4．靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內部沒有凈電荷，且凈電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集．【典例精析】例1．如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態．下列說法正確的是()A．導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度B．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＝EBC．感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA＜EBD．當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動【規律方法】求處于靜電平衡狀態的導體的感應電荷產生的電場強度的方法是：(1)先求出外電場電場強度E外的大小和方向．(2)由于導體處于靜電平衡狀態，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應電場E感的大小和方向．二、尖端放電靜電屏蔽1．尖端放電導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和．2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零．(2)靜電屏蔽的兩種情況導體外部電場不影響導體內部接地導體內部的電場不影響導體外部圖示實現過程因場源電荷產生的電場與導體球殼表面上感應電荷產生的電場在空腔內的合電場強度為零，達到靜電平衡狀態，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用最終結論導體內空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內部電荷影響本質靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體【典例精析】例2．將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖所示，則()A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變三、靜電吸附【典例精析】例3．(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了．就此示意圖，下列說法正確的是()A．N接電源的正極 B．M接電源的正極C．電場強度EB＞EA D．電場強度EB＜EA1．對靜電平衡的三點理解(1)靜電平衡是自由電荷發生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發生定向移動。(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。(3)導體達到靜電平衡后內部電場強度處處為零是指外電場E0與導體兩端的感應電荷產生的附加電場E′的合電場強度為零，即E′＝－E0。2．靜電平衡狀態下導體上的電荷分布特點(1)凈電荷只分布在導體表面，內部沒有凈電荷。(2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖甲所示。(3)凈電荷在導體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示。3．靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現象并達到靜電平衡，使金屬殼內感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內兩種電場并存，矢量和為零，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體。4．靜電屏蔽問題的三點注意(1)空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內部的電場，其本質都是因為激發電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場作用的結果，還是合電場作用的結果。(2)對靜電感應，要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的，是如何建立起附加電場的，何處會出現感應電荷。(3)對靜電平衡，要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點。一、單選題1．如圖所示，在超高壓帶電作業中，電工所穿的高壓工作服內有編織的銅絲，這樣做的目的是（）A．銅絲編織的衣服不易拉破B．銅絲電阻小，對人體起到保護作用C．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內場強為零D．電工被銅絲衣服所包裹，使衣服內電勢為零2．如圖所示，驗電器A不帶電，驗電器B上裝有帶孔的空心金屬球C，金屬球C帶電。D是帶有絕緣手柄的金屬小球，可以從C上方的小孔進入其內部。下列說法正確的是（）A．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A靠近時，A的箔片張開B．圖甲中，使D跟C的外部接觸，再讓D跟A接觸時，A的箔片不張開C．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A靠得更近些，A的箔片張開D．圖乙中，使D跟C的內部接觸，再讓D跟A接觸，重復多次后，A的箔片張開3．靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖所示，則下列說法正確的是（）A．涂料微粒一定帶正電B．涂料微粒一定帶負電C．涂料微粒可能帶正電，也可能帶負電D．噴嘴與工件之間的電場為勻強電場4．關于靜電的防止與利用，下列說法正確的是（）A．飛機上的著地輪用絕緣橡膠做輪胎，是為了及時地把飛機在飛行過程中由于摩擦而產生的電荷轉移給大地，以免發生放電現象，保證飛機和乘客的安全B．給病人做麻醉的醫生和護士都要穿絕緣性能良好的化纖制品，可防止麻醉藥燃燒C．避雷針是利用了靜電的尖端放電現象制作的，通常把避雷針頂端設計成球形是為了美觀D．高壓輸電線表面要很光滑，才能避免因尖端放電而損失電能5．如圖是某款家用空氣凈化器及其原理示意圖，污濁空氣通過過濾網后塵埃帶電。圖中充電極b、d接電源負極，集塵極a、c、e接電源正極（接地）。下列說法正確的是（）A．通過過濾網后空氣中的塵埃帶正電B．塵埃在被吸附到集塵極e的過程中動能增大C．c、d兩個電極之間的電場方向豎直向上D．塵埃被吸附到集塵極a的過程中所受電場力做負功6．如圖所示，空心金屬球殼上所帶電荷量為＋Q，關于O、M兩點電場強度E、E的說法中正確的是（）A．E≠0E＝0 B．E＝0E≠0C．E＝0E＝0 D．E≠0E≠07．如圖所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導體B。下列實驗方法中不能使驗電器箔片張開的是（）A．用取電棒C（帶絕緣柄的導體棒）先跟B的內壁接觸一下后再跟A接觸B．用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的內壁接觸D．使驗電器A靠近B8．如圖所示為科技館里一個趣味體驗項目的簡化圖，核心裝置為一個金屬球，在干燥的空氣里，體驗者雙腳站在絕緣凳上，右手按在金屬球上，并遠離周圍其他物體。一條特殊傳送帶（圖中未畫出）給金屬球不斷地輸送電荷，過一段時間后，體驗者的頭發便會四處散開，甚至倒立，十分有趣，在此狀態下，下列分析正確的是（）A．若用左手也去摸金屬球，會被電擊B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會被電擊C．若右手離開金屬球，則頭發會立刻恢復常態D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，頭發不會立刻恢復常態二、多選題9．如圖所示，將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的導體AB靠近A端一側，由于靜電感應，導體的A、B兩端分別出現負、正感應電荷。則以下說法正確的是（）A．A端接一下地，導體將帶正電荷B．A端接一下地，導體將帶負電荷C．導體內部電場強度為0D．導體上的感應電荷在導體內部產生的電場強度為010．如圖所示，在原來不帶電的金屬細桿ab附近P處，放置一個正點電荷，達到靜電平衡后（）A．a端帶負電荷B．b端帶負電荷C．c點電場強度為0D．桿內c處電場強度的方向由a指向b11．在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術”：如圖所示，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，把它們分別跟靜電起電機的兩極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。則下列說法正確的是（）A．鋸條和金屬片之間為勻強電場B．鋸條附近的電場強度最大C．若鋸條接電源負極，金屬片接正極，當搖動起電機時，煙霧會向金屬片移動D．當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，當起電機停止搖動一段時間后，又會是煙霧繚繞12．從生活走向物理，從物理走向社會，物理和生活息息相關，聯系生活實際對物理基本概念的認識和理解，是學好物理的基礎。下列有關電學知識的相關說法，正確的是（）A．圖甲中超高壓帶電作業的工作人員，為了保證他們的安全，他們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服B．圖乙中家用煤氣灶的點火裝置，是根據尖端放電的原理而制成的C．圖丙中是避雷針的示意圖，避雷針可以在雷雨天防止建筑物被雷擊D．圖丁為靜電噴漆的示意圖，靜電噴漆時使被噴的金屬件與油漆霧滴帶相同的電荷，這樣使油漆與金屬表面在靜電斥力作用下噴涂更均勻13．如圖所示，在左邊的絕緣支架上插上頂針（其頂端是尖的），在頂針上裝上金屬風針，若給風針附近的圓形金屬板接上正高壓極，風針接負高壓極，風針尖端放電會使其旋轉起來，下列說法中正確的是（）A．風針尖端附近的電場線分布較密B．風針附近的空氣在強電場下發生電離C．空氣中的陽離子會向風針的尖端運動D．交換金屬板與風針所帶電荷電性，風針的尖端會有正電荷射出14．如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內的空氣電離，電