高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册静电的利用与防护学案及答案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册静电的利用与防护学案及答案，共11页。
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？


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。
避雷针工作原理示意图
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
听课笔记


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
知识点二 静电平衡与静电屏蔽

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？





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？





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？



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＝EB
C.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。]
例3 C [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 B [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。]
随堂对点自测
1.B [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.A [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.B [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.C [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。]
屏蔽外电场
屏蔽内电场
图示
实现
过程
场源电荷在空腔内产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内产生的电场的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用
当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因被大地传导过来的异种电荷中和，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终
结论
空腔内导体不受外界电场影响
接地导体空腔外部不受内部电场影响
本质
静电感应与静电平衡