师：大家好，本节课我们学习静电的防止与应用。教学目标：一是知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件，掌握静电平衡状态下导体的特点；二是了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用。

　　我们先看书上的问题，自然界中到处都有静电。为什么给车加油前要先触摸一下静电触放器呢？当与触摸球接触，红灯闪烁并发出报警声，开始释放静电；绿灯常亮，报警停止，说明静电释放完毕。因为加油时，身上所带静电可能会产生火花，引发火灾。那么这节课我们就来学习静电的防止与应用。在学习之前，思考讨论以下4个问题。我们前面学过金属导体的微观结构，它有什么特点呢？

　　生：正电荷存在于原子核内部，只能在平衡位置微小振动。大量自由电子脱离原子核的束缚，在金属内部做无规则运动。

　　师：将金属导体放入电场中，自由电子会怎样运动？

　　生：自由电子在静电力作用下会产生定向移动，向导体一端聚集。

　　师：电子聚集会导致什么结果？

　　生：导体两端带上等量异种电荷，也就是感应电荷。

　　师：感应电荷会对电场产生怎样的影响？最终结果又如何呢？

　　生：感应电荷会产生与原电场方向相反的电场E'。最终导体内部合场强为零，自由电荷不再定向移动，导体达到静电平衡状态。

　　师：我们看书上第一节静电平衡。首先了解一下静电感应。将一个导体放入匀强电场中，由于静电感应，导体内部的负电荷在静电力作用下定向移动，使得导体表面出现感应电荷的现象，叫静电感应。那静电平衡呢？导体中自由电荷在静电力（也就是电场力）作用下会发生定向移动，两端出现感应电荷。AB平面上会出现负电荷，CD平面上会感应出正电荷。导体两侧出现正负电荷，在导体内部产生与电场强度E?相反的电场，其电场强度为E'。感应电荷的电场增大到与外电场相等时，两个电场叠加使导体内部电场减弱，最终合场强为零。一开始有自由电荷不断运动，当合场强为0时，自由电荷的定向移动停止，此时就达到了静电平衡状态。导体中无电荷定向移动的状态，就叫做静电平衡状态。此时E指内部的合场强，E = 0也是静电平衡的特点。发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E'和原电场E在导体内部叠加为0，即E'大小等于E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。处于静电平衡状态下的导体有以下特点：一是内部场强处处为零；二是导体内部无电场线分布，表面处场强方向必然跟该点的表面垂直。我们再来了解一下静电平衡时导体上电荷分布的特点：一是静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体外表面；二是处于静电平衡状态的导体，在导体外表面越尖锐的位置，电荷分布密度越大，即单位面积电荷量越多，周围场强也就越大。来看这样一道题，在比较尖锐的地方，电荷分布比较密集，周围场强较大；在分布稀疏的地方，场强较弱。

　　我们再看这两个装置，一个是尖的，一个是球形的，越尖锐位置电荷密度越大，周围场强越大。基于此，我们看看尖端放电及其应用技术。首先看个视频。

　　（视频播放）

　　师：视频中导体尖锐周围的强电场使空气残存的带电粒子剧烈震动，空气中残留的带电粒子在强电场作用下，空气气体分子被撞散，分子中的正负电荷分离，这个现象叫电离。其定义为：中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子带正电的离子。这些带电离子与尖端电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这样的现象叫尖端放电。它有哪些应用与防护呢？

　　生：避雷针是应用，高压设备表面尽量光滑是防护。

　　师：尖端放电原理在实际生活中应用广泛。建筑物顶端安置的避雷针通过尖端放电，不断中和雷雨天空中的电荷，避免建筑物遭受大电流雷击。发动机火花塞电极做成针状，更容易产生火花放电点燃油。但尖端放电现象易使带电体电荷流失，造成电能损失。因此大型高压设备表面尽量做成平滑状态，减少尖端放电现象，维持设备高压。我们来看视频，避雷针是如何避雷的？

　　（视频播放）

　　师：避雷针采用尖端放电原理，雷雨天气高楼上空出现带电云层时，避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，避雷针针头尖，聚集电荷最多。当云层电荷较多时，避雷针与云层间空气易被击穿成为导体，带电云层与避雷针形成通路。准确地说它不是避雷，而是引雷上身，然后通过引下线和接地装置将雷电流引入地下，起到保护建筑物的作用。导体尖端电荷密度大，附近电场强，空气中残留带电粒子在强电场作用下剧烈运动，撞散空气气体分子，使分子正负电荷分离，即电离。从刚才视频能看到这一现象，所带电荷与导体尖端电荷相反的粒子因吸引奔向尖端，与尖端电荷中和。以下三个图片能看到尖端放电现象。

　　我们再看两个例子，把小鸟放入金属网做成的鸟笼，再把鸟笼放入高压电场，鸟会安然无恙吗？如果人在这样的金属笼子里，给笼子加上高压电，人会安全吗？这么强大的高压电会不会伤害到鸟和人呢？接下来我们学习新知识点——静电屏蔽。看这样一个实验现象，将带电小球靠近验电器，发现验电器指针张角变化，此时是静电现象。然后将金属网罩在验电器周围，发现验电器指针张角变小，这是为什么呢？

　　生：这就是静电屏蔽现象。导体球壳或金属网罩达到静电平衡后，内部场强处处为零，不受外部电场影响，内部仪器不会受外电场影响。

　　师：所以在金属网内的验电器不受外在电场影响，带电小球产生的电场在网内合场强为零。网内合场强为什么为零呢？刚才我们已分析过。来看个视频。

　　（视频播放）

　　师：今天示范的实验是静电屏蔽。拆开有线电视信号线，会发现外面有一层金属丝，金属丝可有效防止电视信号干扰。金属丝为什么能有效防止电视信号干扰呢？本次实验通过以下环节进行：一是带电的验电球靠近验电器观察现象；二是带电的验电球靠近罩上金属网罩的验电器观察现象。实验需用到起电器、验电器、带绝缘棒的验电球、金属网罩、木盒。将带绝缘棒的验电球紧靠起电器导电，将带正电的验电球靠近验电器上端，金属薄片上的电子被吸引到金属棒上端，使金属薄片带上同种正电荷，从而张开一个角度。首先将验电器用木盒垫高，减小验电器与验电球距离误差。将验电器放入金属网罩中，将带绝缘棒的验电球紧靠起电器导电，将带正电的验电球靠近金属网罩上端，观察金属箔片现象。在该实验中，由于带电体产生的电场，使金属网上自由电子重新分布，在金属网内部，重新分布的电荷产生的电场与带电体产生的电场处于静电平衡状态，所以金属薄片不会张开。由实验可知，把电学仪器放在封闭金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内电场强度保持为零，外电场对壳内仪器无影响。金属壳的这种作用叫静电屏蔽。实验结束后整理好实验器材。