高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册静电的利用与防护教课内容课件ppt

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1.了解生产生活中关于静电的利用的几个常见实例。2.分析讨论静电在激光打印、静电喷涂、静电除尘中的应用。3.通过静电现象的利用和防护，增强安全利用静电的意识。
知识点二　静电平衡与静电屏蔽
知识点一　静电的利用与防护
油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？
提示　油罐车在运输的时候，油会与桶壁摩擦起电，油罐车后面拖一条导电拖地带就可以将产生的静电及时导走，防止静电积累到一定程度再放电发生爆炸危害。
1.静电的利用 (1)静电除尘能有效处理烟雾，与其他除尘方式相比，静电除尘耗能少，效率____。 (2)静电喷雾是通过__________发生装置使喷出的雾滴带电的喷雾方法。 (3)激光打印也是通过______来实现打印的。 (4)静电还有很多应用，空气净化器，用静电处理______提高发芽率，利用静电处理水，既能杀菌还能减少______等。
2.静电的危害(1)静电吸附尘埃会对印刷、制药、合成纤维等工业生产带来危害。(2)静电对高密仪器有干扰甚至毁坏作用。(3)静电最大的危害是静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。
3.静电的防护(1)抑制静电的产生。(2)加速静电的泄漏。(3)进行静电中和。常用的防护措施有：①接地；②搭接；③屏蔽；④对几乎不能泄漏静电的绝缘体用抗静电剂以增大电导率，使静电易于泄露；⑤采用喷雾、洒水等方法提高环境湿度，抑制静电的产生；⑥使用静电消除器，进行静电中和。
4.雷击：带电云层接近地面时，地面上的物体由于__________而带异种电荷，这些感应电荷分布在高大建筑物、大树等突出的物体上，物体和云层间形成很强的电场，使空气电离，云层与地面间形成强烈的__________。
5.避雷针的工作原理①避雷针：人们通常在高大建筑物上安装尖端导体，并用符合规格的导线与埋在地下的接地装置连接起来，这种装置称为避雷针。
②工作原理：当带电云层接近时，避雷针上的感应电荷在其附近产生强______，使避雷针与带电云层间的空气电离，电荷通过避雷针和符合规格的导线被直接引入大地，从而达到保护建筑物的目的。
例1 (2024·福州长乐一中高二校考)如图是静电喷涂原理的示意图。发射极喷枪喷嘴与吸极被涂工件之间有强电场。在强电场作用下，一带电的涂料微粒(不计重力)从发射极由静止释放，加速飞向吸极，以达到喷涂目的。下列表述正确的是(　　)
A.加速飞向吸极的带电的涂料微粒带正电荷B.带电的涂料微粒加速飞向吸极，电场强度方向由发射极指向吸极C.在强电场中同一位置带电荷量越多的涂料微粒所受静电力越大D.带电的涂料微粒受静电力的方向与电场强度方向相同
解析　由于发射极与电源负极相连，吸极与电源正极相连，电场强度方向由吸极指向发射极，则加速飞向吸极的带电的涂料微粒带负电荷，故A、B错误；根据F＝qE可知，在强电场中同一位置带电荷量越多的涂料微粒所受静电力越大，故C正确；由于涂料微粒带负电，可知带电的涂料微粒受静电力的方向与电场强度方向相反，故D错误。
训练1 如果工厂流水线上的产品需要除静电，挨个摸一下显然不现实，于是一种适合流水线上除静电的设备——除静电风扇就应运而生了。这种风扇出风口有一层金属丝网，含有大量正负电荷宏观上呈电中性的气流从金属丝网吹向流水线上的产品，产品所带的静电就被除去了。这种静电风扇简单可靠，因而获得了普遍应用。关于这种除静电风扇，下面说法正确的是(　　)
A.除静电风扇只能除去流水线上产品所带的正电荷B.除静电风扇只能除去流水线上产品所带的负电荷C.除静电风扇使用过程中金属丝网必须可靠接地D.除静电风扇使用过程中金属丝网不用接地
解析　除静电风扇出风口有一层金属丝网，含有大量正负电荷，宏观上呈电中性的气流从金属丝网吹向流水线上的产品，因此除静电风扇既能除去流水线上产品所带的正电荷，也能除去流水线上产品所带的负电荷，A、B错误；由消除静电的原理可知，除静电风扇使用过程中金属丝网必须可靠接地，使流水线上产品所带的静电荷除去，C正确，D错误。
1.如图所示，将不带电的金属导体放在电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异号电荷。请思考下列问题：
(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
提示　(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动。(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动停止。
2.金属笼子接上50 kV的高压，但笼里的人为什么却安然无恙？
提示　由于金属笼子的静电屏蔽作用。
1.静电平衡(1)静电平衡：放在电场中的导体，当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子______________的状态。(2)静电平衡的特点：处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为____，电荷只分布在导体的________上。(3)静电平衡的实质①在达到静电平衡过程中，外电场引起金属导体内自由电荷的定向移动，使导体两侧出现感应电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场E方向相反的电场E′，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。②静电平衡的条件：导体内部的电场强度为零，即E合＝0(E′＝－E)。
2.静电屏蔽(1)如果导体是中空的，当它达到静电平衡时内部合场强为零。这样，导体的表面就会对它的内部起到“保护”作用，使其内部不受外部电场的影响。这种现象称为静电屏蔽。(2)静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷产生电场的电场强度和外加电场的电场强度的矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面。即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。
(3)静电屏蔽的两种情况的比较
【思考】 电场中导体腔内的电场强度为零的实质是什么？提示　根据静电平衡的特点，导体腔内壁的电场强度为零，且没有电荷，这样在金属空腔内部没有电场，故导体壳空腔内部的电场强度处处为0。电场强度为零的实质是电场强度的叠加，合电场强度为零。
角度1　静电平衡状态例2 如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是(　　)
A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EBC.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAEB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，中和导体B端多余的正电荷，D正确。
求导体中某点的感应电荷产生的场强的方法(1)先求出外电场场强E外的大小和方向。(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0。(3)由E外＋E感＝0，求出该点感应电场E感的大小和方向。　　
例3 为了研究空腔导体内外表面的电荷分布情况，取两个验电器A和B，将B上的金属球改装成一个几乎封闭的空心金属球C(仅在上端开有小孔)，D是带有绝缘柄的金属小球，如图所示。实验前它们都不带电，实验时首先将带正电的玻璃棒(图中未画出)与C接触，使C带电。以下说法正确的是(　　)
A.若将带正电的玻璃棒接触C的外表面，则B的箔片带负电B.若将带正电的玻璃棒接触C的内表面，则B的箔片不会带电C.使D接触C的外表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大D.使D接触C的内表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大
解析　若将带正电的玻璃棒接触C的外表面，则C的外表面及B的两箔片带正电，故A错误；若将带正电的玻璃棒接触C的内表面，根据静电平衡的原理，净电荷分布在外表面，则B的两箔片带正电，故B错误；D接触C的外表面，D带正电，然后D与A接触，则D的一部分电荷转移到A上，之后D每次与C接触，再接触A，均会有一部分电荷转移到A上，A带的正电荷变多，故A的箔片张角变大，故C正确；C的内表面不带电，D与C内表面接触几乎无电荷转移，D再与A接触，A的箔片也不会张开，故D错误。
训练2 将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，则(　　)
A.A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B.A的位置不变，B向右偏离竖直方向C.A向左偏离竖直方向，B的位置不变D.A和B的位置都不变
解析　带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在静电力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处电场强度为零，故A球不受静电力作用，位置不变，故B正确。
1.(静电的利用与防护)随着科学技术的发展，人们对静电特性的认识越来越深入，静电在生产、生活实践中得到了广泛地应用，但有时也要防止静电产生的危害。下列措施属于利用静电的是(　　)
A.油罐车尾的铁链B.静电喷涂机C.避雷针D.飞机上的“放电刷”
解析　油罐车尾的铁链、避雷针、飞机上的“放电刷”属于防止静电带来的危害，静电喷涂机属于利用静电技术，故B正确。
2.(静电的利用)静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A.涂料微粒一定带正电B.涂料微粒一定带负电C.涂料微粒可能带正电，也可能带负电D.喷嘴与工件之间的电场为匀强电场
解析　根据电荷间的相互作用特点结合题图分析。静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项D错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微粒应带正电，选项A正确，B、C错误。
3.(静电平衡)矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时，感应电荷产生的电场在导体内的电场线正确的是(　　)
解析　处于静电平衡状态的导体，其内部合电场强度处处为零，感应电荷产生的电场在导体内的电场线一定与点电荷的电场线反向。故B正确。
4.(静电屏蔽)(2024·包钢一中高二月考)如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的金箔验电器，能使验电器的金箔张开的是(　　)
解析　图A、B中，由于金属网的屏蔽作用，带电体A对验电器无作用，故A、B错误；图C中，受带电体A作用，金属网内外分别带等量异种感应电荷，在验电器处有电场，即能使验电器的金箔张开，故C正确；图D中由于金属网接地，网罩外无电场，无法使验电器的金箔张开，故D错误。
题组一　静电的利用与防护1.关于下列四幅图的说法错误的是(　　)
A.图甲为静电除尘原理的示意图，带负电的尘埃将被吸附到带正电的板状收集器A上B.如图乙所示，给汽车加油前要触摸一下静电释放器，是为了导走人身上的电荷C.图丙为静电喷漆的原理图，涂料微粒在电场力作用下沿电场线运动到电极上D.如图丁所示，高层建筑物顶端安装有避雷针，避雷针的原理为尖端放电
解析　图甲为静电除尘原理的示意图，根据电荷间的相互作用力可知，异种电荷相互吸引，因此带负电的尘埃将被吸附到带正电的板状收集器A上，故A正确；给汽车加油前要触摸一下静电释放器，其原理是导走人身上的静电，故B正确；图丙为静电喷漆的原理图，因为电场线是曲线，涂料微粒在电场力作用下不会沿电场线运动，故C错误；高层建筑物顶端安装有避雷针，避雷针的原理为尖端放电，故D正确。
2.(2024·吉林高二校联考)下列关于静电除尘的说法正确的是(　　)A.烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒B.进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动C.烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动D.除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动
解析　静电除尘器的两个电极接高压电源，极间形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出，故D正确。
3.如图是制作口罩的一种新颖的“静电”绝缘纤维布，熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的飞沫，这种静电的阻隔作用属于(　　)
A.静电喷涂B.静电吸附 C.静电感应D.尖端放电
解析　带电物体能吸引轻小物体，带有病毒的飞沫靠近口罩的熔喷层后，会被吸附在表面，无法通过，从而起到隔离病毒的作用，属于静电吸附，故B正确。
题组二　静电平衡与静电屏蔽4.(2024·福建南平高二期末)如图所示，将一不带电的枕形导体放在一个点电荷＋Q(Q>0)的右侧，C、D为枕形导体内部的两点，沿过D点的竖直虚线将导体视为左、右两部分，当达到静电平衡时，下列说法正确的是(　　)
A.枕形导体左边部分带正电B.枕形导体左边部分的电荷量大于右边部分的电荷量C.C、D两点的电场强度相等D.将点电荷＋Q缓慢靠近枕形导体，C点的电场强度逐渐增大
解析　根据静电感应可知，枕形导体左边带负电，右边带正电，且竖直线左、右两部分带等量异种电荷，故A、B错误；达到静电平衡时，导体内部场强为零，故C正确，D错误。
5.一金属小球原来不带电，现在小球的直径延长线上放置两带电荷量相等的正、负电荷M、N且到小球球心O的距离相等。如图所示，球内a、b、c三点到球心距离也相等，则金属球上的感应电荷在a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，则三者相比(　　)
解析　静电平衡后，金属球内的合电场强度处处为零，金属球上感应电荷产生的附加电场的电场强度与电荷量相等的正、负电荷在a、b、c点产生的电场强度大小相等，方向相反。根据等量异种电荷电场分布特点可知正、负电荷在a、b、c三点产生的电场强度大小关系为Ea＝Eb