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9.4静电的防止与利用
学习目标:
(1)知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态的导体的特性
(2)了解空气电离和尖端放电现象
(3)了解静电屏蔽现象及其有关应用
基础新知
1.静电平衡
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。
静电平衡状态:导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。
2.电离和尖端放电
电离:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场强度很大,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。
尖端放电:导体尖端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。
尖端放电的应用与防止:
应用:避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
防止:高压设备中导体的表面尽量光滑,减少电能的损失。
3.静电屏蔽
静电平衡时,导体壳内空腔里的电场处处为零,外电场对壳内不会产生影响。
静电屏蔽的应用:
(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。
(2)电力工人高压带电作业,全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋,可以对人体起到静电屏蔽作业,使人安全作业。
(3)野外三条输电线上方架设两条导线,与大地相连,把输电线屏蔽起来。
4.静电吸附
静电虽然会有危害,但也可以利用。在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。应用实例:静电除尘、静电喷涂、静电复印、静电植绒等。
5.静电的危害与防止
静电是一种常见现象,它会给人们带来麻烦,甚至造成危害。如在印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张粘在一起,难以分开;在印染厂里,棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降。静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大,大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行,甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件。
防止静电危害的主要方法与途径
(1)尽量减少静电的产生,常用的方法是增大空气的湿度。
(2)尽快把静电导走,防止静电积累,常用的最简单办法是接地。
(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风,消除静电火花的引爆条件。
基础检测
1.(多选)在下列各种措施中,属于利用静电的是()
A.静电除尘
B.静电喷雾
C.激光打印
D.在高大的建筑物顶端安装避雷针
【答案】ABC
【解析】利用静电可以进行静电除尘、静电喷涂、激光打印,ABC符合题意;高大建筑物上的避雷针是为了把产生的静电导走,属于静电的防止,D不符合题意。
2.(多选)关于静电感应和静电平衡,以下说法正确的是()
A.静电感应是由于导体内的自由电子受静电力作用的结果
B.导体内的自由电子都不运动称为静电平衡
C.处于静电平衡状态时,导体所占空间各处电场强度均为零
D.处于静电平衡状态时,导体内部将没有多余的“净”电荷
【答案】AD
【解析】静电平衡是由于导体内的自由电子受静电力的作用而发生定向移动,最后达到稳定的状态,选项A正确;达到静电平衡后,自由电子不再定向移动,但是仍然做无规则的热运动,选项B错误;导体处于静电平衡时,电荷只分布在导体外表面上,导体内部没有多余的“净”电荷,选项D正确;导体处于静电平衡时,导体内部的电场强度为零,但导体表面的电场强度不为零,选项C错误。
考点探究
考点一:对静电平衡的理解
静电平衡过程:
放入电场(E)中的导体(ABCD),由于静电感应,导体内的自由电子在导体内定向移动(左图),在导体的两侧出现感应电荷,同时在导体内部形成反向的电场E′(右图)。
导体内的自由电荷不再发生定向移动(左图),此时,感应电荷的电场增到与外电场相等。即,导体内合场强为零(右图)。
静电平衡的实质
在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。
静电平衡的条件:导体内部的合场强为零,即E合=0。
静电平衡时,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。
(3)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。
(4)表面任一点,场强方向跟该点表面垂直。
处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的求解方法:
(1)运用求出外电场场强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
针对训练
1.如图所示,先用绝缘细线将导体悬挂起来,并使导体带电。然后用带绝缘柄的不带电
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