高中物理新教材优质课公开课导学案9.4　静电的防止与利用（导学案）（解析版）.doc

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§9-4静电的防止与利用

一、学习目标

1.知道什么是静电平衡状态，知道处于静电平衡的导体的特性.

2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因.

3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理．

二、学习过程

【问题探究】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种电荷。请思考下列问题：

(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向又如何？

(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？

【答案】(1)自由电子受外加电场的电场力作用而移动，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。

【知识点1】静电平衡

1．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．

2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0.

3．导体上电荷的分布：

(1)静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面．

(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷．

例题1、如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是（）

A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度

B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EB

C．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EB

D．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动

【答案】D

【详解】

A．枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；

BC．导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EAEB，故BC错误；

D．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，中和导体B端多余的正电荷，D正确；

题2、如图所示，在一个半径为R的均匀金属球壳左侧M点放置一个带电量为-q的点电荷，O点为球壳的球心，已知M、O、N三点在一条直线上，，。静电力常量为K，球壳上感应电荷在N点产生的电场强度大小为（）

A． B． C． D．

【答案】A

【详解】

根据点电荷电场强度公式EM=kq2.5R2=4kq25R2方向由N指向O；由于静电平衡，球壳为等势体，球壳内部N点的电场强度为零，M处点电荷在N点产生的电场强度与球壳上感应电荷在N

跟踪训练：如图所示的A、B、C、D四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是______组和______组（A、B两组实验中小球的手柄均为绝缘手柄，D组实验中虚线框表示金属网罩）。

A．B．C．D．

【答案】AC

【详解】

[1][2]AB．处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，故A能使验电器带电，B不能使验电器带电；

C．将验电器与带电物体用导线连接，二者组成新的导体，导致电荷在新的导体表面重新分布，所以可以使验电器带电，故C能使验电器带电；

D．由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金属箔是闭合的，D不能使验电器带电。

【问题探究】①避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？

②静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？

【答案】①当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷．通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免雷击．

②处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，即使导体壳外有电场，由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的物体不会产生影响．

【知识点2】尖端放电静电屏蔽

1．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象．

2．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，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．

4．静电屏蔽：静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为0.外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽．

5．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．

例题3、以下几个生活中的物理现象，涉及的物理原理与其他三个不同的是（）

A．夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕

B．优质的话筒线在信号传输