第二章 第三节 静电的利用与防护-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（粤教版）

第三节　静电的利用与防护 [学习目标]　1.了解静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒的工作原理。2.知道尖端放电的原理，知道如何利用和防止尖端放电(重点)。3.知道如何防止静电危害。 一、静电现象的应用 1．静电喷涂 (1)工作原理：利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上负电荷，并吸附于带正电荷的被涂物。 (2)优点：涂层质量高、涂粒利用率高、对使用者操作技巧要求低等。 2．静电除尘 (1)结构：将高压电源的正极接在金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上。 (2)原理：正、负极间有很强的电场，使气体分子电离为电子和正离子。电子在向着正极(金属圆筒)运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使粉尘带负电，并被吸附到金属圆筒上，粉尘在筒壁积累到一定程度，在重力的作用下落入下面的漏斗中再被排出。 3．静电复印 静电复印利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移，其核心部件是一个有机光导体鼓的金属圆柱，其表面被涂上有机光导体(OPC)。没有光照射时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。 4．静电植绒 静电植绒工作原理：利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质，通过使绒毛带上负电荷，令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。 例1　(多选)静电喷漆是利用静电吸附现象制造的，其喷涂原理如图所示，则以下说法正确的是(　　) A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有强电场 B．涂料微粒一定带正电 C．涂料微粒一定带负电 D．涂料微粒可能带正电，也可能带负电 答案　AC 解析　工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，是由于喷枪喷嘴与被涂工件之间形成了强电场，由正电荷对涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒带负电荷，故A、C正确。 例2　(2023·广州南海中学高二期中)如图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，钢针与手摇起电机的负极相连，在铝板和钢针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被铝板吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于题中叙述的现象，下列说法中正确的是(　　) A．同一烟雾颗粒在被吸附过程中，离铝板越近，速度越小 B．同一烟雾颗粒在被吸附过程中，离铝板越近，速度越大 C．同一烟雾颗粒在被吸附过程中，如果带电荷量不变，离铝板越近，则加速度越大 D．烟雾颗粒因为带正电而被吸附到铝板上 答案　B 解析　铝板和钢针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟雾颗粒吸附电子带负电，在电场力的作用下，烟雾颗粒会向铝板运动，同一烟雾颗粒在被吸附的过程中，离铝板越近，电场力所做的功越多，烟雾颗粒的速度越大，故A、D错误，B正确。由铝板与钢针之间的电场分布特点知，越靠近铝板，电场强度越小，同一烟雾颗粒在被吸附过程中，如果带电荷量不变，离铝板越近，所受到的电场力越小，则加速度越小，故C错误。 针对训练1　(2022·珠海市高二期末)医用口罩的熔喷布经过驻极处理可增加静电吸附作用，其中一类吸附过程可作如图简化：经过驻极处理后某根绝缘纤维带有正电荷，其附近a点处有一带负电的颗粒以平行于该段直纤维的初速度通过a点，被吸附到纤维上的b点，忽略其他电场影响，则(　　) A．颗粒做匀变速曲线运动 B．颗粒受到的电场力恒定 C．a点的电势比b点的低 D．颗粒的电势能逐渐增大 答案　C 解析　带电的绝缘纤维产生的电场为非匀强电场，故颗粒受到的电场力为变力，做非匀变速曲线运动，故A、B错误；由于绝缘纤维带正电，故b点电势高于a点，故C正确；由于颗粒带负电，绝缘纤维带正电，因此电场力对颗粒做正功，电势能减小，故D错误。 二、尖端放电 1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，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，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 尖端放电的应用与防止： (1)应用：避雷针是利用尖端放电原理保护建筑物等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。 (1)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。(　√　) (2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。(　√　) (3)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。(　×　) (4)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。(　√　) 例3　(2021·浙江6月选考)如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能是(　　) A．探测发射台周围风力的大小 B．发射与航天器联系的电磁波 C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量火箭发射过程的速度和加速度 答案　C 解析　在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，其功能是预防雷电击中待发射的火箭，故选C。 针对训练2　(多选)(2022·广东仲元中学高二阶段练习)如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，云层所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是(　　) A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 B．避雷针上的电流方向从尖端流向底端 C．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小 D．避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施 答案　AD 解析　根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A正确；负电荷从尖端流向底端，而电流的方向规定为正电荷运动的方向，因此电流的方向从底端流向尖端，B错误；由于电荷更容易集中到尖端，避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，C错误；避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，D正确。 三、防止静电危害 1．静电危害的分类：(1)静电力造成的不良后果；(2)静电火花引发的灾害。 2．防止静电危害的措施：(1)控制静电的产生； (2)把产生的电荷尽快导走。 例4　在手术时，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套，一切设备要良好接地，甚至病人身体也要良好接地，这是为了(　　) A．除菌消毒 B．消除静电 C．利用静电 D．防止漏电 答案　B 解析　在可燃气体环境中产生的静电，容易引起爆炸，应设法把产生的静电消除(如导入大地)，因此选项B正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$