第一章 7.静电的利用和防护-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

7．静电的利用和防护 【核心素养目标】 物理观念 静电的利用、静电屏蔽的概念。 科学思维 能对静电的利用进行分析。 科学探究 通过对静电的危害分析对静电危害加以防护。 科学态度与责任 通过对静电的了解，进一步认识其有利与危害之处。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、静电　静电的利用 1．静电：静止的电荷称为静电。 (1)物体带电后，其周围会产生电场，电场中电势不同的两点间存在电压。 (2)带电体的绝缘性能越好，电荷越容易积累，产生的电压就会越高。绝缘性能越好的物体一旦带上静电，电荷的泄漏速度越慢，其危害性就越大。 2．静电的利用 (1)静电喷漆 ①概念：利用静电在物体上喷涂液体或固体涂料。 ②原理：设法使雾化的油漆液滴或固体涂料的细小颗料飞离喷嘴时带上同种电荷，在电场力作用下飞向作为电极的工件，均匀地沉积于工件表面。 ③优点：效率高、质量好。 (2)静电除尘 利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘，静电除尘器由金属管A和悬挂在管中心的金属导线B组成，工作时，金属导线B带负电，金属管A接地，其装置示意图如图所示。A、B之间有很强的电场，距B越近，场强越强(选填“越强”或“越弱”)。导线 学生用书第38页 B附近的气体分子被强电场电离形成电子和正离子，电子在向正极A运动的过程中，使烟尘中的颗粒带上负电。这些带电颗粒在静电力作用下被吸附到正极A上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。 除上述应用外，激光打印机、静电屏蔽、静电复印、静电植绒等也都利用了静电。 二、静电的危害与防治 1．静电的危害 (1)雷雨云的雷鸣电闪。 (2)静电火花极易点燃易燃物质，引起爆炸和火灾。 (3)静电放电可能引起电子设备的故障，造成电磁干扰。 (4)静电放电可以击穿集成电路和精密的电子元件。 2．静电危害的防治 (1)尽快导走多余的电荷，避免静电积累。 (2)调节空气湿度。 (3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风，消除静电火花的引爆条件。 (4)尖端放电：给导体加一个金属尖端，把积累的电荷由尖端放走。 1．判断正误 (1)物体所带静电有微库量级，形成电压很低，对人体没有伤害。(　　) (2)电学仪器外面有金属壳是静电屏蔽的应用。(　　) (3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(　　) (4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。(　　) (5)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用。(　　) (6)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(　　) 答案：　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2．链接实景 飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击(如图所示)。但是当飞机遭遇雷击时，电流可以从雷电云到达飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身，但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机舱内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？ 提示：　飞机的机身对电场有静电屏蔽作用。 知识点一　静电的利用与防治　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 如图所示，在工厂里，靠近传送带的工人经常受到电击。经研究发现，这是由于传送带在传送过程中带上了电。 (1)解释为什么靠近传送带的物体会带电？ (2)你可以用什么方法来解决这个问题？ 提示：　(1)传送带因为与被传送的物体间发生摩擦而带电，靠近传送带的物体因为静电感应也带上电。 (2)要避免这种电击，可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中，让传送带变成导体，或者用导体制造传送带，再用适当的方法把传送带接地，静电便不会积累，工人也不会再遭电击。 学生用书第39页 1．静电的应用 在生产和生活中，静电的应用十分广泛，如激光打印、静电喷漆、静电除尘、静电处理种子、静电处理水、静电放电产生臭氧、静电植绒、静电复印、喷墨打印、静电净化空气、静电提高喷洒农药的效果、静电选矿等。 2．静电在工业中的危害 静电是一种常见现象，它会给人们带来麻烦，甚至造成危害。如在印刷厂里，纸张之间摩擦带电，会使纸张粘在一起，难以分开；在印染厂里，棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降。静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大，大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行，甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件。 3．防止静电危害的主要方法与途径 (1)尽量减少静电的产生，常用的方法是增大空气的湿度。 (2)尽快把静电导走，防止静电积累，常用的最简单办法是接地。如：地毯中植入金属丝，就是为了将摩擦产生的电荷及时导走。 静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．涂料微粒一定带正电 B．涂料微粒一定带负电 C．涂料微粒可能带正电，也可能带负电 D．喷嘴与工件之间的电场为匀强电场 A　[根据电荷间的相互作用特点结合题目中原理图分析。静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项D错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微料应带正电，选项A正确，B、C错误。] 针对练1．(多选)如图所示的是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，在铝板与缝被针间会产生强电场，从而使空气分子电离为电子和正离子，蚊香放出的烟尘吸收电子后会被铝板吸附，从而达到静电除尘的目的。假设每一烟尘颗粒吸收电子数相同，并在运动过程中其带电荷量不变，烟尘颗粒的初速度为零，则下列说法正确的是(　　) A．烟尘颗粒到达铝板前所受电场力不变 B．大量烟尘以曲线运动形式到达铝板 C．同一烟尘颗粒离铝板越近，加速度越大 D．同一烟尘颗粒离铝板越近，加速度越小 BD　[铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，转动手摇起电机，铝板和缝被针之间形成非匀强电场，越靠近缝被针，场强越强，所以烟尘颗粒所受电场力是变力，A错误；大部分烟尘颗粒在电场中受力方向会变化，故以曲线运动形式到达铝板，B正确；同一烟尘颗粒离缝被针越近，加速度越大，C错误，D正确。] 针对练2．在下列各种措施中，属于静电应用的是(　　) A．电视机后盖上开有许多小孔 B．在高大的建筑物顶端装上避雷针 C．静电喷涂 D．油罐车后拖着铁链 C　[电视机的后盖上有许多小孔是为了把各电器元件产生的热量及时散掉，A错误；高大建筑物上的避雷针和油罐车上的拖地铁链是为了把产生的静电导走，属于静电的防止，B、D错误；喷枪喷出的油漆微粒带负电荷，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带正电荷，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电的应用，C正确。] 学生用书第40页 知识点二　尖端放电　静电屏蔽　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究，发现高压作用服是用铜丝编织的，你能告诉他其中的原理吗？ 提示：　电工被铜丝编织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用。 1．理解静电屏蔽的两种情况 — 屏蔽外电场 屏蔽内电场 图示 实现 过程 场源电荷在空腔内产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内产生的电场的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用。 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用。 最终 结论 空腔内导体不受外界电场影响。 接地导体空腔外部不受内部电场影响。 本质 静电感应与静电平衡 2．静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。 (2023·福建福州期中)下列说法不正确的是(　　) A．避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和 B．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 C．验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电 D．为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑 B　[避雷针利用尖端放电的原理来避雷，必须做成针状，不能做成球形，带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，中和云层中的电荷，A正确，B错误；验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电，C正确；高压输电线表面要尽量光滑，是为了避免因尖端放电而损失电能，D正确。故本题应选B。] 针对练．如图所示，A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的验电器，能使验电器的金属箔张开的是(　　) C　[此题关键要清楚静电屏蔽的两种情况。达到静电平衡后，各图电荷分布情况大致如图所示。由于静电屏蔽，选项A中验电器的金属箔不能张开。而选项B中金属网接地，但是金属网仍然处于静电平衡状态，故其内部电场强度处处为0。选项C中金属网外壳带正电，能使验电器的金属箔张开。而选项D中金属网外部没有电场。因此应选C。] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．CCTV“焦点访谈”节目曾报道，重庆市开县某小学的四十多名学生遭受雷击，造成重大伤亡事故。这一事件告诉我们，防雷十分重要。在野外遇到电闪雷鸣时，应当(　　) A．躲在大树下 B．躲在小山洞 C．撑着钢柄雨伞 D．站在避雷针旁边 B　[野外遇到电闪雷鸣时，由于有很高的电压，容易使空气电离从而导电。所以越高越容易导电，则不能躲在大树下，也不能撑着钢柄雨伞或站在避雷针旁边。故选B。] 2．为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走。下列措施中不是防止静电危害的是 (　　) A．高大的建筑物上都装有避雷针 B．电工钳柄上套有绝缘胶套 C．飞机轮上装搭地线 D．印刷车间中保持适当的湿度 B　[高大的建筑物上装有避雷针是为了防止雷击，为了防止静电危害，故A错误；电工钳柄上套有绝缘胶套，在带电操作时，是为了防止触电，所以不是防止静电危害的，故B正确；飞机在飞行时，与空气摩擦产生大量的静电，所以着落时通过飞机轮上装搭地线，将静电导走，故C错误；印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于空气有一定的湿度，能及时导走静电，故D错误。] 学生用书第41页 3．下列属于防止静电产生危害的有(　　) A．在高大的建筑物顶端装上避雷针 B．在高大的烟囱中安装静电除尘器 C．静电复印 D．静电喷漆 A　[安装避雷针可以很好地防止雷击，A正确。静电除尘是利用静电，不是防止静电产生的危害，B错误。静电复印、静电喷漆都是利用了静电，C、D错误。] 4．请用学过的电学知识判断下列说法正确的是(　　) A．维修高压电路的电工穿绝缘衣比穿金属衣安全 B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好 C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死 D．打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险 B　[绝缘衣在高电压下不能屏蔽高压电场对人体的损害，而穿金属衣可以对高压电产生的电场起到屏蔽作用，A错误；由电学知识可知汽油桶用金属材料制作时可以及时将产生的静电导走，B正确；小鸟站在单根高压输电线上，因为两爪之间电压为零，故小鸟不会被电死，C错误；由静电屏蔽知识可知打雷时在汽车里更安全，故D错误。] 5．(多选)如图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的。下列表述正确的是(　　) A．到达集尘极的尘埃带正电荷 B．电场方向由集尘极指向放电极 C．带电尘埃所受静电力的方向与电场方向相同 D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大 BD　[由题图知，集尘极连电源正极，电势高，所以电场方向由集尘极指向放电极，B正确。带电尘埃向集尘极迁移，带电尘埃所受静电力方向与电场方向相反，带负电荷，A、C错误。由F＝qE知，同一位置F正比于q，D正确。] 6．(多选)如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是(　　) A．箔片张开 B．箔片不张开 C．金属球带电电荷足够大时才会张开 D．金属网罩内部电场强度为零 BD　[静电屏蔽是为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，故用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开。金属网罩内部电场强度为零，B、D正确，A、C错误。] 学科网（北京）股份有限公司 $$