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？ 1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生 。 2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为 ，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 没有净剩电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的 。 (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) ，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 。 (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 (来自教材)长为l的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图所示。 当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点O处产生的电场强度大小和方向如何？ 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： (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。 二、尖端放电 1.空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷 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 ，这个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 ，而与尖端上的电荷 ，相当于导体从尖端 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 会减少电能的损失。 (1)验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电。( ) (2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。( ) (3)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。( ) (4)为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑。( ) 例2 (2021·浙江6月选考)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能是( ) A.探测发射台周围风力的大小 B.发射与航天器联系的电磁波 C.预防雷电击中待发射的火箭 D.测量火箭发射过程的速度和加速度 三、静电屏蔽 1.定义：导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部 产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2.实质：静电屏蔽的实质是利用了 现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为 。 3.航天器经过地球大气层时，与大气层高速摩擦产生高温，在航天器周围形成等离子体，对航天器产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与航天器的通信暂时中断。 4.电梯轿厢通常是用不锈钢做的，因此在封闭的电梯里手机通信中断，也是发生了静电屏蔽。 例3 下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是( ) A.甲图中验电器的金属箔张开 B.乙图中验电器的金属箔不会张开 C.丙图中验电器的金属箔不会张开 D. ... ...
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