第九章　4　静电的防止与利用 高中物理人教版（2019）必修第三册（课件 教案 学案 练习四份打包）

4　静电的防止与利用 [学习目标]　1.知道什么是静电平衡，能掌握静电平衡状态下导体的特点(难点)。2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因(重点)。3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 一、静电平衡 如图所示，不带电的金属导体放到电场中，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种电荷。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？ 答案　(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方向相反，阻碍电子的定向移动，当这两个电场的电场强度大小相等时，电子的定向移动终止。 1．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，即外电场E0和感应电荷产生的电场E′的关系为E0＝－E′。 3．导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，导体内部没有净剩电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 4．处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直。 (1)处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。(　×　) (2)静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。(　√　) (3)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。(　×　) 例1　(多选)(2023·河北省邢台市第二中学高二期中)如图所示，长为l的金属棒原来不带电，现将一个带负电的点电荷(电荷量的绝对值为q)放在金属棒的中心轴线上距离棒的左端R处。当金属棒达到静电平衡后，已知O点为金属棒的中点，静电力常量为k，以下说法正确的是(　　) A．棒上感应电荷在O点处产生的电场强度为零 B．棒上O点处的电场强度为零 C．负点电荷在O点处产生的电场强度大小为k，方向沿Oq连线且指向q D．棒上感应电荷在棒的中点O处产生的电场强度大小为k，方向沿Oq连线且指向q 答案　BC 解析　金属棒达到静电平衡时，内部电场强度处处为零，由于负点电荷q在棒中心O处产生的电场方向沿Oq连线且指向q，所以棒上感应电荷在棒中心O处产生的电场方向沿Oq连线且指向O，大小与负点电荷q在O点产生的电场强度相等，则有E＝k，故A、D错误，B、C正确。 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法是： (1)先求出外电场电场强度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，求出感应电场E感的大小和方向。 例2　一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B所带电荷量分别为(　　) A．QA＝1×10－8 C　QB＝1×10－8 C B．QA＝2×10－8 C　QB＝0 C．QA＝0　QB＝2×10－8 C D．QA＝4×10－8 C　QB＝－2×10－8 C 答案　B 解析　B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部净电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8 C－2×10－8 C＝2×10－8 C，B正确。 二、尖端放电 1．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这种现象叫作空气的电离。 2．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，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 ... ...