第九章靜電場及其應用9．4靜電的防止與利用目錄1234靜電平衡靜電的防止靜電的利用小結和練習?問題導入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？靜電平衡01回顧“電荷”一節，學習過金屬內部的微觀結構，導體內部有著大量的自由電子。如果把帶電體靠近導體，由于電荷間的相互作用，導體內部的自由電子會發生轉移，使得導體最終靠近帶電體的一端帶上與帶電體不同種的電荷，遠離帶電體的一端帶上同種電荷。這種現象叫作靜電感應。1靜電平衡學過電場相關知識后，我們知道電荷間的相互作用力是電場給予的，如果把導體放入靜電場中，思考以下問題：1．自由電子會怎樣移動？2．自由電子會在什么地方積聚？3．電子的積聚會出現怎樣的結果？4．最終會出現怎樣的現象？1靜電平衡

將一個不帶電的金屬導體放置于電場強度為E0的電場中。金屬導體內含有大量自由電子，由于靜電感應，這些自由電子向著與E0相反的方向運動，所以在下圖的導體左側出現負電荷，右側出現正電荷。1靜電平衡----------------＋＋＋＋

分布在導體兩側的正電荷和負電荷在導體內部產生一個與E0方向相反的電場E′，導體內部的合場強為E合＝E0－E′，當E′小于E0時，E合方向向右，受到庫侖力作用，負電荷繼續在導體左側堆積，直到E合＝0，電子不再發生定向移動。這時我們說導體達到靜電平衡狀態。1靜電平衡-------＋＋＋＋E′----＋＋＋＋E＝0導體內部（包括表面）的自由電子不再發生定向移動，我們就認為導體達到了靜電平衡狀態。處于靜電平衡的導體，內部的電場強度處處為零，此時，外電場和感應電荷在導體內部產生的電場大小相等、方向相反。1靜電平衡靜電的防止02靜電平衡時，導體內部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的表面。導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，周圍的電場強度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。1尖端放電一定條件下，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，這種現象就叫作空氣的電離。導體尖端的強電場使附近的空氣電離后，那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這種現象叫作尖端放電。1尖端放電1尖端放電尖端的強電場周圍空氣電離尖端電荷中和尖端釋放電荷等效于生活中有很多地方用到了尖端放電的現象。1尖端放電燃氣灶的點火器打火機點火器避雷針是利用尖端放電現象的一種設施。將尖銳的金屬棒安裝在建筑物的頂端，用粗導線與埋在地下的金屬板連接。當雷云接近建筑物時，由于靜電感應，尖端會產生與雷云相反的電荷。通過尖端放電，不斷向大氣釋放電荷，中和空氣中的電荷，達到避免建筑物遭到雷擊的目的。避雷的意思不是避免雷電發生，而是把雷電引到自身，從而避免附近物體受到雷電的危害。1尖端放電

尖端放電會導致高壓設備上電能的損失，所以高壓設備中導體的表面應盡量光滑。1尖端放電

如果人在金屬籠里，給金屬籠加上高壓電，人還安全嗎？2靜電屏蔽使帶電的金屬球靠近驗電器，但不接觸，箔片是否張開？解釋看到的現象。用金屬網把驗電器罩起來，再使帶電的金屬球靠近驗電器，觀察箔片是否張開。這個現象說明了什么？2靜電屏蔽處于靜電平衡的導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面。外部電場和感應電荷產生的電場，在導體內部疊加，使得導體內部不再受外部電場影響。如果換成一個空腔導體又會怎樣呢？2靜電屏蔽----＋＋＋＋E＝0空腔導體，放入靜電場中，由于靜電感應，導體內部電荷也會等量分布在導體的兩端，感應電荷產生的電場和外部電場疊加，最終空腔導體內部的電場強度也會為0。也就是說無論導體外部的電場是什么樣的，導體內部都不會有電場。導體殼的這種性質在技術上很有實用價值，把一個電學儀器放在封閉的金屬殼中，即使殼外有電場，但由于殼內電場強度保持為0，外電場對殼內儀器不會產生影響。金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。2靜電屏蔽電子儀器外部加裝金屬殼，通信電纜外面包有一層金屬網，高壓線路檢修人員要穿屏蔽服。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的作用，在野外的高壓輸電線的三條輸電線上方還有兩條導線，它們的作用就是與大地相連形成一個稀疏的金屬網，以此達到靜電屏蔽的目的，來保護高壓輸電線不受雷擊。2靜電屏蔽還有一種特殊的靜電屏蔽，即接地的導體殼可以屏蔽內部電場對導體殼外部的影響。其本質仍是靜電感應，使導體殼內表面感應電荷與殼內電荷在導體殼表面以外空間產生的場強的疊加結果為零。2靜電屏蔽解釋一下，為什么供電箱外面是密閉的金屬殼。2靜電屏蔽靜電的危害可能隨時發生。醫院手術臺上，靜電火花有可能引起麻醉劑爆炸；煤礦里靜電火花會引起瓦斯爆炸···因此，靜電的危害必須引起人們的警惕。2靜電屏蔽例飛機在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時都有可能遭遇雷擊。但是當飛機遭遇雷擊時，電流可以從雷電云達到飛機頭部，縱向流過機身外殼，最后從機尾凌空打到地上或從其中一機翼打過另一機翼，橫向流過機身，但不管怎樣，閃電都只會沿著飛機外殼流過，而不會進入機內對乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？2靜電屏蔽答：飛機外殼是金屬材料的，它會在雷擊時形成靜電屏蔽，保護飛機內的乘客。靜電的利用03靜電雖然有危害，但也可以利用。在電場中，帶電粒子受到靜電力的作用，向著電極運動，最后會被吸附在電極上。這一原理在生產技術上被廣泛應用。1靜電吸附演示實驗靜電除塵1靜電吸附思考：1．現象產生的原因是什么？2．煙塵通常是電中性的，哪來的帶電粒子？1靜電吸附靜電除塵，設法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力的作用下，塵埃到達電極而被收集起來，這就是靜電除塵。靜電除塵器是由板狀收集器和線狀電離器組成。1靜電吸附靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極工件運動，并沉積在工件表面，完成噴漆工作。靜電復印：復印機也應用了靜電吸附，復印機的核心部件是有機光導體鼓，它是一個金屬圓柱，表面涂覆有機光導體（OPC）。沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光照時，變成導體。復印機復印工作過程如下圖。1靜電吸附小結和練習04靜電平衡；尖端放電；靜電屏蔽；靜電吸附；1小結1．一金屬球原來不帶電，現在球直徑的延長線上放置一均勻帶電的細桿

MN，如圖所示，金屬球上感應電荷產生的電場在球內直徑上

a、b、c

三點的電場強度大小分別為

Ea、Eb、Ec，三者相比，則（）A．Ea

最大B．Eb

最大C．Ec

最大D．Ea＝Eb＝Ec2練習C2．在燃氣灶和燃氣熱水器中，常常安裝電子點火器，接通電子線路時產生高壓，通過高壓放電的電火花來點燃氣體。點火器的放電極是釘尖形的。這是為什么？與此相反的，驗電器的金屬桿上端卻固定一個金屬球，而不是做成針尖狀的，這又是為什么？2練習答：點火器的放電電極做成釘尖形是為了利用尖端放電現象，使在電壓不高的情況下也容易點火。驗電器的金屬桿上端固定一個金屬球是為了防止出現尖端放電現象，使驗電器的電壓較高時也不會放電（漏電）。3．口罩中使用的熔噴布經駐極處理后，對空氣的過濾增加靜電吸附功能。駐極處理裝置如圖所示，針狀電極與平板電極分別接高壓直流電源的正、負極，針尖附近的空氣被電離后，帶電粒子在電場力作用下運動，熔噴布捕獲帶電粒子帶上靜電，平板電極表面為等勢面，熔噴布帶電后對電場的影響可忽略不計，下列說法正確的是（）A．熔噴布上表面因捕獲帶電粒子將帶負電B．針狀電極上，針尖附近的電場較弱C．沿圖中虛線向熔噴布運動的帶電粒子，其加速度逐漸減小D．沿圖中虛線向熔噴布運動的帶電粒子，其加速度逐漸增大2練習C4．國家電網檢修人員利用直升機直接或通過絕緣繩索等間接方式將作業人員運載至線路故障位置開展帶電檢修。請用學過的電學知識判斷下列說法正確的是（）A．電工被銅絲紡織的衣服所包裹，使體內電場強度保持為零，對人體起保護作用B．直升飛機內存在很強的電場C．小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死D．銅絲必須達到一定的厚度，才能對人體起到保護作