9.4静电的防止与利用（解析版）.docx

1、第九章 静电场及其应用第四节 静电的防止与利用 核心素养明目标核心素养学习目标物理观念(1)知道静电平衡、静电屏蔽的概念。(2)知道静电吸附的原理。科学思维(1)理解静电平衡的形成过程。(2)理解静电的防止的原理。科学探究(1)分析静电平衡状态下导体的电场。(2)分析尖端放电原理。科学态度与责任(1)了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。(2)关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系。体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法，激发学习物理的求知欲。知识点一 静电平衡1.静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。2.静电平衡状态：放在电场

2、中的导体，当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再定向移动的状态。3.静电平衡时导体上电荷的分布：(1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，电荷只分布在导体的外表面上。若导体内部有电荷，导体内部的电场就不可能为零，自由电荷会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态。(2)在导体表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。(3)感应电荷分布于导体的两端，电性相反，电荷量相等，远同近异。知识点二尖端放电1.电离：导体尖端的电荷密度越大，附近的电场强度越大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。2.尖端放电：导体尖端

3、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，相当于导体从尖端失去电荷的现象。3.尖端放电的应用与防止(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。知识点三静电屏蔽与静电吸附1.把一个电学仪器放在封闭的金属壳(网)里，即使壳(网)外有电场，由于壳(网)内场强保持为零，外电场对壳(网)内的仪器也不会产生影响的现象叫静电屏蔽。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，

4、矢量和为零。3.静电屏蔽的应用和危害应用：为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，如通信电缆的外层包有一层金属线来进行静电屏蔽。野外高压输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。危害：航天飞机、飞船返回地球大气层时，由于飞船高速运动，与大气层摩擦产生高温，在飞船的周围形成一层等离子体，它对飞船产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断。对航天员来说，这是一个危险较大的时间段。4.静电屏蔽的两种情况的比较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，

5、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注意：实现静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。5静电吸附原理在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上，这个原理在生产技术上被广泛应用。易错易混点1.对静电平衡的理解及应用易错易混点辨析：(1)对静电平衡的三点理解(a)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。(b)金属导体建立静电平衡

6、的时间是非常短暂的。(c)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E的合电场强度为零，EE。(2)处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点(a)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。(b)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示。(c)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。甲乙(3)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。(4)感应电荷场强的求解思路(a)先求解外电场在该处场强的大小和方向。(b)再利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解感应

7、电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等，方向相反。例1.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分布情况正确的是()ABCD解析：选A。导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误。例2.长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡时，求棒上感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度。解析：导体棒在点电荷q的电场中发生静电感应，左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，棒中任何一点都有两个电场，

8、即外电场q在该点形成的电场E0，感应电场棒上感应电荷在该点形成的电场E，达到静电平衡时EE0。棒的中点与点电荷q的距离rR，于是有EE0。E和E0方向相反，即E方向向左。例3.(2022山东滕州月考)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

9、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：选C。若将带正电的玻璃棒接触C的外表面，传递给C的正电荷分布在C的外表面及箔片上，故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，则C的一部分正电荷转移到D上，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

10、A接触，A的箔片也不会张开，故D错误。例4.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EAEBC.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。易错易混点2.静电防止及应用易错易混点辨析：(1)静电的应用利用静电的性质应用举例利用静电能吸引较小物体静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘利用高压产生的电场静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理利用放电

11、产生物臭氧防止紫外线、氮合成氨(2)静电的危害(a)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。(b)静电对高密仪器有干扰甚至毁坏作用。(c)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(a)抑制静电的产生。(b)加速静电的泄漏。(c)进行静电中和。常用的防护措施有：接地；搭接；屏蔽；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；采用喷雾、洒水等方法提高环境湿度，抑制静电的产生；使用静电消除器，进行静电中和。例5.(2022江西新余高二期末)为了研究工业除尘，某学习小组设计了如图所示的装置，在一个没有底的空塑料瓶中心固定着一根粗铜线，瓶子

12、周围套上剪去顶和底的易拉罐圆桶(金属材质制成)，把它们分别跟静电起电机的两极相连，正、负极情况如图所示。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当摇动静电起电机后，塑料瓶内很快变得清澈透明(烟雾消失)。下列关于该现象的说法正确的是()A.因为烟尘本身就带正电，起电机摇动过程中，烟尘向粗铜线处移动B.因为烟尘本身就带负电，起电机摇动过程中，烟尘向粗铜线处移动C.因起电机摇动后，塑料瓶内空气电离，使烟尘带上负电，向易拉罐圆桶移动D.因起电机摇动后，塑料瓶内空气电离，使烟尘带上正电，向易拉罐圆桶移动解析：选C。起电机摇动后，在粗铜线和易拉罐圆桶之间形成辐射状电场，塑料瓶内靠近

13、粗铜线的空气容易被电离，其中负离子在电场力作用下向正极即易拉罐圆桶移动，碰到烟尘使烟尘带上负电，烟尘在电场力作用下向带正电的易拉罐圆桶移动。故A、B、D错误，C正确。例6.随着人们生活水平的提高，各种家用电器逐渐走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，有

14、效防止静电，下列不可行的是()A.室内要勤拖地、勤洒些水B.要勤洗澡、勤换衣服C.选择柔软、光滑的化纤类衣物D.尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具解析：选C。室内勤拖地、勤洒些水，可以把室内的静电导入到地下而防止静电，故A正确；要勤洗澡、勤换衣服，可以把人体因为摩擦产生的静电导入到地下而防止静电，故B正确；柔软、光滑的化纤类衣物摩擦时容易产生静电，而且静电不容易导走，故C错误；化纤地毯和塑料容易在摩擦中产生静电，而且静电不容易导走，所以尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具，故D正确。针对训练1.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(不与球接触)，另有一个悬挂在

15、细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有( )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：选B。A在空心金属球内，由于静电感应，使得C外表面带正电，相互吸引，所以B向右偏；而金属空腔C可以屏蔽外部的B的电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，所以A位置不变故B正确，ACD错误；故选B。2.如图所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则下面关于验电器箔片的说法正确的是( )A.箔片张开B.箔片不张开C.带电金属球电量足够大时才会张开D.箔片张开的原因是金属网罩感应带电产生的电

16、场解析：选B。静电屏蔽：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，故用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开故B正确、ACD错误故选B。3.(多选)如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是()A采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破B采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽C电工穿上屏蔽服后，体内场强为零D电工穿上屏蔽服后，体内没有自由电荷解

17、析：选BC。屏蔽服的作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成静电屏蔽，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害；正是由于体内自由电荷的重新分布形成的电场把外电场抵消而使电场中的导体内的电场强度为0，所以BC正确，AD错误。4.如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是()A鸟的脚爪与金属架绝缘B金属鸟笼起静电屏蔽的作用C鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面D起电机使笼带电，笼的电场强度不会很高解析：由于金属鸟笼的静电屏蔽作用，使得鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面，C正确、B正确；鸟的脚爪与金属架不是绝缘的，A错误；起电机使鸟笼带电，笼的外

18、部电场强度可以达到很高，D错误。5. 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目中现象图分析。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，所以涂料微料应带正电，选项A正确，B、C错误。6. (多选)随着人们生活水平的提高，各种家用电器日益走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来，

19、加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，有效防止静电，下列可行的是( )A室内要勤拖地、勤洒些水B要勤洗澡、勤换衣服C选择柔软、光滑的化纤类衣物D尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具解析：选ABD。室内要保持一定的湿度，室内要勤拖地、勤洒些水；要勤洗澡、勤换衣服，以消除人体表面积聚的静电荷。对于老年人，应选择柔软、光滑的棉纺织衣物，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度；尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。