資源簡介

(共55張PPT)
第九章 靜電場及其應用
必修第三冊 人教版
第4節 靜電的防止與利用
同學們，今天開啟必修第三冊第九章第四節“靜電的防止與利用”的學習。
在這里，你將探究靜電的產生與影響，理解靜電防用的核心原理，掌握典型實例的運作機制，認識趨利避害的科學思維價值。
讓我們一起走進靜電的實際應用世界，通過觀察生活現象、結合模擬實驗分析，明晰靜電防用的關鍵邏輯，為解決實際電磁問題筑牢基礎！
導入新課
自然界到處都有靜電。生產中的攪拌、擠壓、切割等活動，生活中的穿衣、脫衣、運動等過程都可能產生靜電。
在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？
問題
？
物理觀念 1.理解靜電產生的本質是電荷的轉移與積累，知道摩擦起電、感應起電等常見成因；
2.掌握靜電利用和防止的核心原理。
科學思維 1.能運用電場知識解釋靜電吸附、火花放電等現象的原理；
2.通過對比靜電利用與危害的案例，歸納 “趨利避害” 的科學分析思路。
科學探究 1.設計簡單實驗觀察靜電現象，驗證電荷轉移規律；
2.模擬探究接地、絕緣等措施對靜電防范的效果。
科學態度 與責任 1.認識靜電在工業、生活中的實際應用價值（如靜電噴涂），樹立理論聯系實際意識；
2.了解靜電危害，重視安全防范措施。
學習目標
重點難點
重點 1.理解靜電產生的本質原因；
2.掌握靜電利用的典型實例及原理；
3.明確靜電防止的常用方法及依據。
難點 1.理解靜電現象背后的電場作用機制；
2.實際場景中靜電防用原理的遷移應用；
3.區分不同情境下的靜電應對措施。
1. 靜電平衡
2. 尖端放電
3. 靜電屏蔽
4. 靜電吸附
5. 課堂總結
6. 練習與應用
7. 提升訓練
學習內容
一、靜電平衡
第4節 靜電的防止與利用
一、靜電平衡
如圖，把一個不帶電的金屬導體ABCD放電電場強度為E的電場中。導體上會出現怎樣的現象？
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由于靜電感應，在導體 AB 側的平面上將感應出負電荷，在 CD 側的平面上將感應出正電荷。
1.導體中自由電荷在電場力作用下將發生定向移動。
一、靜電平衡
導體內自由電子的定向移動會一直進行下去嗎？兩端的感應電荷會無限制增加嗎？
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2.導體兩端出現感應電荷,感應電荷在導體中中產生反方向的附加場。
感應電荷的電場和外電場疊加，使導體內部的電場減弱。在疊加后的電場作用下，仍有自由電子不斷運動，直到導體內部各點的電場強度E＝0
一、靜電平衡
感應電荷的電場和外電場疊加，使導體內部的電場減弱。在疊加后的電場作用下，仍有自由電子不斷運動，直到導體內部各點的電場強度E＝0
3. 靜電平衡：導體中無電荷定向移動的狀態,就叫靜電平衡狀態。
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導體內自由電子的定向移動會一直進行下去嗎？兩端的感應電荷會無限制增加嗎？
一、靜電平衡
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2.處于靜電平衡狀態下的導體，內部的場強處處為0。
1.金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。
靜電平衡的特點
一、靜電平衡
靜電平衡的特點
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3.導體內部無電場線分布，外表面處場強方向必跟該點的表面垂直。
若場強方向跟該點的表面若不垂直，則沿該點的表面就有一場強分量，電荷在這一場強分量作用下就會發生運動，就不會處于靜電平衡狀態了。
處于靜電平衡狀態下的導體中的電荷又是怎樣分布的呢？
【例題1】某物理興趣小組利用下圖裝置來探究影響電荷間靜電力的因素。圖中，A是一個帶正電的小球，系在絕緣絲線上帶正電的小球B會在靜電力的作用下發生偏離，靜電力的大小可以通過絲線偏離豎直方向的角度顯示出來。
(1)他們分別進行了以下操作。
①把系在絲線上的帶電小球B先后掛在如圖甲中橫桿上
的P1、P2、P3等位置，小球B平衡后絲線偏離豎直方向
的夾角β依次減小，由此可得，兩小球所帶電量不變時，
距離增大，兩小球間靜電力 。（選填“增大”“減小”或“不變”）
②系在絲線上的帶電小球B掛在橫桿上的P1位置，增大小球A所帶的電荷量，小球B平衡時絲線偏離豎直方向的夾角θ增大，由此可得，兩小球距離不變時，電荷量增大，兩小球間靜電力 。（選填“增大”“減小”或“不變”）
(2)以上實驗采用的方法是________（填正確選項前的字母）。
A．等效替代法 B．理想實驗法 C．控制變量法 D．微小量放大法
減小
增大
C
一、靜電平衡
【解析】（1）在絲線上的帶電小球B先后掛在如圖甲中橫桿上的P1、P2、P3位置，小球B平衡后絲線偏離豎直方向的夾角依次減小，由此可得，兩小球所帶電量不變時，距離增大，兩小球間靜電力減小；使小球B處于同一位置，增大小球A所帶的電荷量，小球B平衡時絲線偏離豎直方向的夾角增大，由此可得，兩小球距離不變時，電荷量增大，兩小球間靜電力增大。
（2）圖甲中先保持帶電小球的電荷量不變，把系在絲線上的帶電小球先后掛在橫桿上的P1、P2、P3位置，改變兩個小球之間的距離，比較庫侖力的大小；后來保持小球之間的距離不變，改變小球所帶的電荷量大小，分析小球之間的庫侖力，所以實驗采用的方法是控制受量法，故C正確，ABD錯誤。
【答案】（1）減小 增大 （2）C
一、靜電平衡
二、尖端放電
第4節 靜電的防止與利用
二、尖端放電
尖端周圍電場很強
思考1.避雷針的原理是什么？
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+ + + + +
+
++
+ +
空氣電離
導體尖端周圍的強電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣 分子中的正負電荷分離。這個現象叫作空氣的電離。
尖端上的電荷被中和
等效于
尖端釋放電荷
導體尖端的強電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現象叫作尖端放電。
二、尖端放電
靜電平衡時導體上的電荷分布：
（1）導體內部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的外表面；
（2）在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。
二、尖端放電
根據靜電平衡時導體上的電荷分布規律：
①導體尖銳部位的電荷特別密集，尖端附近的電場特別強，會把空氣分子“撕裂”，使分子中的正負電荷分離，這種現象叫電離。
②電離出來的正、負電荷，與尖端附近的異種電荷進行中和，相當于導體從尖端失去電荷，這種現象稱之為——“尖端放電”。
二、尖端放電
尖端放電
現象
二、尖端放電
尖端放電
過程
二、尖端放電
尖端放電的應用：
避雷針
二、尖端放電
應用——電子點火器
針尖形狀
打火機電擊器
二、尖端放電
2.現象：
尖端放電會使高壓設備上電能損失，故高壓設備導體的表面都是非常光滑。
夜間高壓線周圍出現的綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的尖端放電現象。
防止：高壓設備
【例題2】搭載神舟十三號載人飛船的長征二號F遙十三運載火箭，在酒泉衛星發射中心按照預定時間精準點火發射成功，神舟十三號升空過程中由于與大氣摩擦產生了大量的靜電，如果這些靜電沒有被及時導走，下列情況中升空后的神舟十三號能被視為點電荷的是（ ）
A．研究神舟十三號與距其1 m處的一個帶電微粒之間的靜電力
B．研究神舟十三號與地球（帶負電）之間的靜電力
C．任何情況下都可視為點電荷
D．任何情況下都不可視為點電荷
B
二、尖端放電
【解析】
由帶電體看作點電荷的條件可知，研究神舟十三號與距其1m處的一個帶電微粒之間的靜電力時，神舟十三號的大小、形狀以及電荷量的分布不能忽略不計，不能看作點電荷，故A錯誤；研究神舟十三號與地球（帶負電）之間的靜電力時，神舟十三號的大小、形狀以及電荷量的分布可忽略不計，能看作點電荷，故B正確；結合A、B選項可知，神舟十三號能否視為點電荷是由研究問題的性質決定的，故C、D錯誤。
故選B。
二、尖端放電
【例題3】關于庫侖定律，下列說法正確的是（　　）
A．相互作用的兩個點電荷，質量大的受到的庫侖力大
B．相互作用的兩個點電荷，電量大的受到的庫侖力大
C．兩個點電荷在電量和距離條件相同時，在空氣和煤油中
受到的庫侖力一樣大
D．庫侖定律適用于計算真空中兩個靜止點電荷間作用力的
大小，作用力的方向根據兩電荷的電性進行判斷
D
二、尖端放電
【解析】
庫侖定律研究兩個點電荷間的相互作用力，相互作用的兩個電荷間的作用力總是大小相等，方向相反，與電荷的質量、電量無關，故A、B錯誤；庫侖定律適用于計算真空中兩個點電荷間的作用力，兩個點電荷在空氣中和在煤油中的庫侖力不同，故C錯誤；庫侖定律適用于計算兩個點電荷間作用力的大小，作用力的方向根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引來判斷，故D正確。
故選D。
二、尖端放電
三、靜電屏蔽
第4節 靜電的防止與利用
三、靜電屏蔽
議一議：如果放入電場中的是一個空腔導體，會如何？
把一個電學儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場，但由于殼內電場強度保持為 0，外電場對殼內的儀器不會產生影響。
金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。
三、靜電屏蔽
三、靜電屏蔽
實現靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網也能起到屏蔽作用。
三、靜電屏蔽
內屏蔽
外屏蔽
接地的封閉導體殼，內部電場對外部沒有影響
三、靜電屏蔽
應用：屏蔽服、屏蔽線、高壓線屏蔽
屏蔽服
屏蔽線
高壓線屏蔽
【例題4】如圖所示的實驗裝置為庫侖扭秤。細絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的金屬小球A，另一端有一個不帶電的B球，B與A處于靜止狀態，當把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近
A時，A和C之間較小的作用力可以使細絲發生比較大的可測
量的扭轉，通過細絲扭轉的角度可以比較力的大小。
(1)上面用到的實驗方法為 。（選填等效替代
法、微小量放大法、極限法、控制變量法和逐差法）
(2)保持電荷最不變，改變A和C的距離，得到相互作用力F和
A、C間距離r的關系，這里用到的實驗方法為 。（選填等效替代法、微小量放大法、極限法、控制變量法和逐差法）
(3)法國物理學家庫侖用該實驗方法，得到相互作用力F和A、C間距離r的關系是 。
微小量放大法
控制變量法
力F和A、C間距離r的平方成反比
三、靜電屏蔽
【解析】
（1）A和C之間較小的作用力可以使細絲發生比較大的可測量的扭轉，通過細絲扭轉的角度可以比較力的大小，用到的實驗方法為微小量放大法。
（2）保持電荷最不變，改變A和C的距離，得到相互作用力F和A、C間距離r的關系，這里用到的實驗方法為控制變量法。
（3）法國物理學家庫侖用該實驗方法，得到相互作用力F和A、C間距離r的關系是：力F和A、C間距離r的平方成反比。
故選(1)微小量放大法 (2)控制變量法 (3)力F和A、C間距離r的平方成反比
三、靜電屏蔽
四、靜電吸附
第4節 靜電的防止與利用
四、靜電吸附
思考：為什么最后煙塵都沒有了？
起電機
煙塵
請認真觀察煙塵的變化
四、靜電吸附
思考2.煙塵通常是電中性的，哪來的帶電粒子？
思考：為什么要加載高壓 高壓的作用是什么
建模
煙塵為什么會消失呢？
粉塵
氣體電離
→粉塵電荷
→移向電極
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四、靜電吸附
接負高壓的涂料霧化器
工件
用接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力的作用下，油漆微粒向著正極的工件運動，并沉積在工件的表面。
應用：靜電噴涂
四、靜電吸附
利用有機光導體的光敏特性，讓電荷排列組合成相應的文字圖樣，利用靜電吸附吸上墨粉，再將墨粉圖樣轉印到紙上。
應用：靜電復印
【例題5】真空中有兩個完全相同、相互吸引的導體小球A和B（可視為點電荷），小球A所帶的電荷量是小球B的3倍。將兩小球固定在空間某兩點時，它們之間庫侖力的大小為F。將兩小球互相接觸后再放回原處，它們之間庫侖力的大小為（　　）
A． B． C．F D．無法判斷
A
四、靜電吸附
【解析】
兩小球相互吸引，則兩球帶異種電荷，設為3q和-q，則根據庫侖定律
，將兩小球互相接觸后再放回原處，兩球帶電量分別為q、q，則
庫侖力為 。
故選A。
四、靜電吸附
五、課堂總結
第4節 靜電的防止與利用
五、課堂總結
六、練習與應用
第4節 靜電的防止與利用
1. （24-25高二上·廣東汕頭·期末）物理學中引入了“質點”、“點電荷”等概念，從科學方法上來說屬于（　　）
A．比值法
B．等效替代
C．建立物理模型
D．控制變量
六、練習與應用
C
【解析】
質點是一個有質量但不存在體積與形狀的點，點電荷指本身的線度比相互之間的距離小得多的帶電體，從科學方法上來說都屬于建立物理模型，故C正確。
故選C。
六、練習與應用
六、練習與應用
2. 兩個完全相同金屬小球A、B帶有電荷量大小相等的電荷，兩球之間的相互吸引力大小為F，不帶電金屬小球C與A、B完全相同，且帶有絕緣手柄，使C與A、B兩個球依次接觸后移遠，金屬小球A、B可視為點電荷，間距始終不變，此時A、B兩個球之間的相互作用力大小是（　　）
A
【解析】
初始AB之間為吸引力說明電荷異性，設A帶正電，則B帶負電，且
，使C與A、B兩個球依次接觸后移遠，則AB帶電荷量分別
變為 ， ，則此時A、B兩個球之間的相互作用
力大小 ，故A正確。
故選A。
六、練習與應用
六、練習與應用
3. 絕緣水平面上有甲、乙兩個帶電小球（均視為點電荷），將甲固定，使乙逐漸遠離甲，則在乙遠離甲的過程中，甲所受乙的靜電力F和兩小球間的距離x的變化關系圖像可能正確的是（　　）
D
【解析】
根據庫侖定律得 ，隨著距離的增大，靜電力減小，故A、C
錯誤；根據庫侖定律得 ，靜電力F和兩小球間的距離x不是一次函數，故B錯誤，D正確。
故選D。
六、練習與應用
七、提升訓練
第4節 靜電的防止與利用
1.
A
七、提升訓練
【解析】
小球B處于靜止狀態，根據平衡條件可得
解得
故A正確。
故選A。
七、提升訓練
2.如圖所示，三個完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點上。a和c帶正電，b帶負電，a所帶的電荷量比b所帶的電荷量大。已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的其中一條來表示，它應是（　　）
A．F1 B．F2 C．F3 D．F4
A
七、提升訓練
【解析】
根據“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”的規律可得金屬小球c受到a和b的靜電力方向，但由于a的帶電荷量大于b的帶電荷量，故Fac與Fbc的合力只能為F1，如圖所示，故選A。
故選A。
七、提升訓練

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