2020-2021学年高中物理-第二章-静电场的应用-第三节-静电的利用与防护学案-粤教版必修3.doc
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1、2020-2021学年高中物理 第二章 静电场的应用 第三节 静电的利用与防护学案 粤教版必修32020-2021学年高中物理 第二章 静电场的应用 第三节 静电的利用与防护学案 粤教版必修3年级:姓名:- 11 -第三节静电的利用与防护新 课 程 标 准学 业 质 量 目 标了解生产生活中关于静电的利用与防护。合格性考试1.知道什么是静电平衡状态,能说出静电平衡状态下的导体特点。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。选择性考试1.会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的场强。2.观察演示实验并对实验现象分析,体会运用所学知识进行分析推理的方法。必备知识自主学习一、静电
2、的利用1.静电喷涂:(1)原理:静电喷涂是一种利用静电作用使雾化微粒在高压作用下带上负电荷,并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术。(2)优点:静电喷涂具有显著优点,如涂层质量高、涂料利用率高、对使用者操作技术要求低等。2.静电除尘:原理:静电除尘是利用电荷相互作用的性质,把带有不同电性的粉尘从烟气中分离出来,再分类处理的过程。3.静电复印:(1)原理:静电复印是利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式,又称无压印刷。(2)应用:静电复印技术已发展成一门成熟的技术,被广泛应用于激光打印机、喷墨打印机、模拟式复印机、数字式复印机、速印机、传真机等。4.静电植绒:原理:静电植绒是利用电荷之间同性相
3、斥、异性相吸的性质,通过使绒毛带上负电荷,令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。二、尖端放电飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击(如图所示)。但是当飞机遭遇雷击时,电流可以从雷电云到达飞机头部,纵向流过机身外壳,最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼,横向流过机身,但不管怎样,闪电都只会沿着飞机外壳流过,而不会进入机舱内对乘客造成伤害,你知道这是为什么吗?提示:静电屏蔽。1.空气的电离:导体尖端电荷密度很大,附近的电场很强,强电场作用下的带电粒子剧烈运动,使分子中的正负电荷分离的现象。2.尖端放电:与导体尖端异号的粒子,由于被吸引,而与尖端上电荷中和,相当于导体从尖端
4、失去电荷的现象。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光滑会减少电能的损失。三、防止静电危害1.静电危害的分类:(1)静电力造成的不良后果;(2)静电火花引发的灾害。2.防止静电产生的措施:(1)控制静电的产生;(2)把产生的电荷尽快导走。(1)处于静电平衡状态的导体,表面处的电场强度不为零,方向跟导体表面可能垂直,可能平行,也可能成任意夹角。()(2)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度为0,所以处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。()(3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过
5、导线导入大地。()(4)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。()(5)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。()关键能力合作学习知识点一静电平衡的特点和应用1.静电平衡的实质:(1)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。(2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。2.静电平衡状态的特点:(1)处于静电平衡状态下的导体的特点。导体内部某处感应电荷产生的场强E与周围
6、原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。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号电荷。请思考下列问题:(1)自
7、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?提示:(1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动,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反向,阻碍电子的定向移动,当这两个电场大小相等时,电子的定向移动终止。【典例】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。当棒达到静电平衡后,棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于_,方向为_。【解析】导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感应,左端出现负电荷,右端出现正电荷,棒中任意一点都受两个电场的影响,即外电场(+q在该点形成的电场E0)
8、和附加电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E),达到静电平衡状态时E=-E0。题中所求的即为E,E=-E0=-=-,负号代表E和E0方向相反,即方向向左。答案:向左求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法(1)先求出外电场场强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。(母题追问)在【典例】中,若把导体棒接地,则该导体棒上的感应电荷在中心P处产生的场强大小等于()A.-B.+C.0D.【解析】选D。静电平衡状态下导体内部场强为零,是由于q和导体上的感应电荷在导体内部叠加后形成的,因而导体棒上感应电荷
9、在中心处产生的场强与q在中心处产生的场强大小相同、方向相反,故感应电荷在中心P处产生的场强大小为。故选D。【加固训练】1.一金属球原来不带电,现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图所示,金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec,三者相比()A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec【解析】选C。处于静电平衡的导体内部场强处处为零,故a、b、c三点的场强都为零。静电平衡的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果,所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与MN在这一点形成的电场的场强等大反向。比较a、b、c三点
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