必修 第三册 · 人教版
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4 静电的防止与利用

免费读1255字2024-07-22

  老师:同学们,今天我们来学习进店的防止与利用这些内容,这些内容主要包含四个部分,分别是静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附。通过前几节的学习,我们认识了电荷,知道了进电厂。进电对我们来说并不陌生。同学们想一想生活中有哪些与静电有关的现象?我们常有这样的体验,干燥的冬天,当用手靠近金属门把,有时会有被电击的感觉,如果在暗处还能看到其间产生的静电火花,这是火花放电现象,此时给身体造成的不适是短暂的。但有时这样的静电火花也会引发巨大的事故,比如在加油站、汽车厂,静电火花引起汽油爆炸等。

  老师:雷电也是一种剧烈的放电现象,雄伟壮丽,但确实令人心生畏惧。自然界中处处都有静电,那看来处处都有危险,我们如何防止静电给我们带来的危害呢?要想防止静电火花的危害,我们先得弄明白这些放电现象的原理是怎样的。同学们,看图示,这些放电现象有什么共同点吗?我们一起来分析。人手靠近金属门把或者雷雨云靠近大地,此时的人体雷雨云都是带电体,金属大地都是导体。我们把这些现象发生的情境抽象为,带电体靠近导体,此时会发生静电感应现象。如图,导体a端会感应出负电荷,b端感应出正电荷。这是一个宏观表现,我们能否借助之前所学的金属微观结构模型来解释静电感应现象,在这个模型中,金属内部正离子整齐排列在自己的平衡位置附近,振动而不移动,周围有可移动的自由电子。不带电的情况下,金属内部正负电荷数量相等,自由电子均匀分布,对外不显电性。当带电体靠近时,金属导体处在带电体的电场中。我们考虑最简单的情况,把一个不带电的金属导体a、b、c、d放到电场强度为E0的电场中。

  老师:同学们思考自由电子会怎样移动?我们知道自由电子在电场的作用下会发生定向移动,同学们想一想,自由电子定向移动会导致怎样的情况发生?我们看自由电子的定向移动会导致电子在a、b端集聚显负电性,c、d端正电荷暴露出来,显振电信导体中部正负电荷数量相等,均匀分布,对外不显电性。这种情况我们一般简化为a、b端感应出负电荷,c、d端感应出正电荷。同学们再继续思考,导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗?两端的感应电荷会无限制增加吗?我们继续来分析。

  老师:感应电荷会在导体内部产生一个感应电场e撇方向,与外部电场E0的方向相反。脉电场与感应电场叠加,使导体内部的电场减弱,在叠加后电场的作用下,仍由自由电子发生定向移动,直到导体内部各处电场强度e等于0为止,导体内的自由电子便不再发生定向移动了。这样的状态我们称之为静电平衡状态。

  老师:处于静电平衡状态的导体,它内部的电场强度处处为零,这是它的一个特点。同学们想一下,我们如何从理论上进一步论证这一特点?我们可以用反证法假设处于静电平衡状态下的导体,内部电场强度不是处处为零的,那么自由电子在电场的作用下会发生定向移动,此时则不是静电平衡状态。这与我们的假设矛盾,假设不成立。于是能够得到结论

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