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新人教版 必修三
第九章 靜電場及其應用
第4節 靜電的防止與利用
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？
新知導入：
把一只小鳥放入一個用金屬網制成的鳥籠中，再把鳥籠放入高壓電場中，鳥會安然無恙嗎？
如果人在金屬籠子里，給籠子加上高壓電，人安全嗎？
新知導入：
金屬導體的微觀結構
電子
原子核
金屬導體內部的外層電子與帶正電的原子核間的相互作用比較弱，故容易脫離且在金屬內部游離，稱為自由電子，金屬導體的整體就是由大量的在平衡位置附近做無規則熱振動的正離子和無規則熱振動的自由電子組成。
那么，若把金屬導體放入電場中，又將會出現什么現象呢？
把金屬導體放在外電場E0中，由于導體內的自由電子受電場力作用而定向移動，使導體表面出現感應電荷的現象叫靜電感應。
一、靜電感應

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二、靜電平衡


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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。
1.導體中自由電荷在電場力作用下將發生定向移動。
導體內部感應電荷產生了與外電場相反的電場.
3.感應電荷的電場增到與外電場相等時，導體內合場強為零。自由電荷的定向移動停止。



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4.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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發生靜電感應的導體，當感應電荷產生的附加電場 和原電場E在導體內疊加為零，即 =E時，自由電子停止定向移動，這時導體所處的狀態叫靜電平衡狀態。
1.靜電平衡狀態






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導體內電場強度
外電場強度
感應電荷電場強度
導體中(包括表面)沒有電荷定向移動的狀態，叫做靜電平衡狀態。
2.靜電平衡的特點
(1).處于靜電平衡狀態下的導體，內部的場強處處為零。
(2).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。
例1.關于靜電平衡，下列說法中正確的是( ）
A．當導體達到靜電平衡時，導體上任意兩點間的電勢一定相等
B．當導體達到靜電平衡時，其外表面附近的電場方向一定與導體的表面垂直
C．絕緣體也有靜電平衡狀態
D．達到靜電平衡時，電荷分布在導體的外表面
ABD
拓變1、若此時斷開C與地的連線， B、C端帶什么電荷？整個導體凈余什么電荷？

整個導體帶負電荷
負電荷

A
B
C

B 端帶負電荷，C 端無凈電荷



B端負電荷，C端無電荷

例2.如圖所示，A帶正電，若導體C端接地，問B、C端各帶什么電荷？
拓變2、若B端接地，整個導體凈余什么電荷？
三.靜電平衡時導體上電荷的分布的特點
法拉第圓筒實驗

導體上電荷的分布的特點
1.靜電平衡時導體內部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的外表面。
2.處于靜電平衡狀態的導體，在導體的外表面尖端（半徑小或曲率大）電荷分布密度大（即單位面積電荷量多），故尖端電場強度大，而凹陷的位置幾乎沒有電荷。
四.尖端放電
1、導體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞散，即使分子中的正負電荷分離，這個現象叫做空氣的電離。
2、那些所帶電荷與導體尖端的電荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷，這個現象叫做尖端放電。
3、應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。
避雷針的避雷過程
導體尖端電荷密度大
尖端周圍電場強
空氣中殘留帶電粒子劇烈運動
空氣電離
正負電荷奔向異種電荷
尖端失去電荷
尖端放電
將閃電導入大地
高壓設備
1、避免：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。
2、現象：夜間高壓線周圍出現的綠色光暈，俗稱電暈，是一種微弱的尖端放電。
例3.如圖所示，在真空中把一絕緣導體向帶電(負電)的小球P緩慢地靠近(不相碰)，下列說法中正確的是（ ）
A．B端的感應電荷越來越多
B．導體內場強越來越大
C．導體的感應電荷在M點
產生的場強恒大于在N
點產生的場強
D．導體的感應電荷在MN兩點的場強相等
AC
罩上金屬網罩
導體球殼內(或金屬網罩)達到靜電平衡后，內部場強處處為0，不受外部電場的影響，內部的儀器不會受到外電場的影響，這種現象叫做靜電屏蔽。
四.靜電屏蔽




空腔

內部場強處處為零
?



靜電屏蔽實例
　 兩位英國科學家在倫敦進行一次危險的電力學表演。其中一名科學家將把另一位科學家關進一個鐵籠子里，然后用數百萬伏特的電流對其進行電擊。鑒于表演的危險性，兩名科學家事先都買好了價值1200萬英鎊的保險。
?----觸摸百萬伏高壓電
靜電屏蔽的特技表演
靜電屏蔽的應用
1.電力工人高壓帶電作業，全身穿戴金屬絲網制成的衣、帽、手套、鞋，可以對人體起到靜電屏蔽作業，使人安全作業。
靜電屏蔽的應用
2.三條輸電線的上方還有兩條導線，與大地相連，形成一個稀疏的金屬網，把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊。
靜電屏蔽的應用
3.電學儀器和電子設備外面的金屬罩，通訊電纜外面所包的一層鉛皮，可以防止外電場的干擾.
靜電屏蔽的另一種形式
金屬罩接地后，地上的自由電子，沿導線向上移動，把金屬罩外部的正電荷中和，結果，小球的電場被控制在金屬罩的內部，外部不再受影響。
1.屏蔽外電場



外電場
空腔導體可以屏蔽外電場, 使空腔內物體不受外電場影響。
空腔導體屏蔽外電場










靜電屏蔽的兩種情況及本質
①現象：由于靜電感應，驗電器箔片張開。將驗電器放入導體網罩內部后驗電器箔片不張開，即外部電場影響不到導體內部。
②本質：是靜電感應，導體外表面感應電荷與外電場在導體內部任一點的場強的疊加結果為零。
1.屏蔽外電場
靜電屏蔽的兩種情況及本質
①導體殼沒有接地時處于內部電場中，達到靜電平衡，導體殼內外表面出現等量異種電荷，空間電場的電場線起于場源正電荷，終于導體殼內表面負電荷，再起于導體殼外表面正電荷，終于無窮遠，殼內外表面之間場強處處為零，殼外場強不為零。
2.屏蔽腔內電場
靜電屏蔽的兩種情況及本質
②導體殼接地后，導體殼外的正電荷被大地負電荷中和，正電荷出現在地球的另一端無窮遠處，空間電場起于場源正電荷終于導體殼內表面負電荷，導體殼內外表面之間及導體外部場強處處為零，導體外部空間不受內部電場影響。
本質：仍然是靜電感應，導體內表面感應電荷與殼內電場在導體殼表面以外空間疊加結果為零。
例4.把一個帶正電的小球 A，放入帶絕緣支架的不帶電的空心球殼 B 內，但不與 B 的內壁接觸，如圖所示。達到靜電平衡后，下列說法中正確的 （ ）
A. 球殼 B 內空腔處場強為零
B. 球殼 B 外部空間的場強為零
C. 球殼 B 內表面上無感應電荷
D. 若將球殼 B 接地，則球殼帶負電

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B
A
D
五.靜電吸附
靜電除塵
靜電噴漆
靜電復印
拓展提高
例5.下圖中P是一個帶電體，N是一個不帶電的金屬空腔，在下列情況下，放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會被吸引的有（ ）
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