2024_2025学年新教材高中物理第9章静电场及其应用4静电的防止与利用学案新人教版必修第三册.docVIP

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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。

科学看法与责任

(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。

学问点一静电平衡

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：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度到处为0。

1：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)处于静电平衡的导体内部无任何电场。 (×)

(2)导体处于静电平衡时，外电场和全部感应电荷的电场在导体内部合场强为零。 (√)

学问点二尖端放电

1．电离：导体尖端的电荷密度越大，旁边的电场强度越大，空气中的带电粒子猛烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分别的现象。

2．尖端放电：导体尖端的强电场使旁边的空气电离，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开雷击的一种设施。

(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，削减电能的损失。

2：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。 (√)

(2)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。 (×)

(3)为了避开因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑。 (√)

学问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．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。

实现静电屏蔽不肯定要用密闭的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用。

3．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，最终被吸附在电极上，这个原理在生产技术上被广泛应用。

3：思索辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。 (×)

(2)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。 (√)

考点1静电平衡的理解及应用

如图所示，把一个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，从而使导体两端出现等量异种电荷。请思索下列问题：

(1)自由电子定向移动的缘由是什么？定向移动的方向如何？

(2)自由电子能否始终定向移动？为什么？

提示：(1)自由电子受到外加电场的电场力，沿外加电场的反方向移动。

(2)不能，当导体两端感应电荷产生的电场与外加电场的合场强为零时，自由电子定向移动将停止。

1．对静电平衡的三点理解

(1)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。

(2)金属导体建立静电平衡的时间是特别短暂的。

(3)导体达到静电平衡后内部电场强度到处为零是指外电场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，E′＝－E。

2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点

(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。

(2)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。

(3)净电荷在导体表面的分布不匀称，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四周的电场分布状况

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

(1)先求解外电场在该处场强的大小和方向。

(2)再利用导体内部合场强到处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等，方向相反。

对静电平衡的理解

【典例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状况正确的是()

AB

CD

A[导体处于静电平衡状态时，导体内部场强到处为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。]

利用静电平衡的特点求解电场强度

【典例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