7．静电的利用和防护-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册创新导学案全书Word（教科版2019）

物理 必修 第三册(教科) 7．静电的利用和防护 1．了解什么是静电。2.了解静电喷漆、静电除尘、静电在激光打印机中的应用。3.了解静电的危害及防治方法。 一　静电 1．定义：静止的电荷称为静电。 2．静电的产生机理：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。一般物体相互摩擦后所带的电荷量很少，但是形成的电压却很高。电压高到一定程度，就会击穿周围的空气而发生火花放电。 3．静电的特点：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。 二　静电的利用 1．静电喷漆：利用静电在物体上喷涂液体或固体涂料，即静电喷漆。 (1)原理：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，由于同种电荷的排斥作用，能够比较均匀地沉积于工件表面。 (2)静电喷涂具有效率高、质量好的优点。 2．静电除尘：除尘装置由金属管A和悬挂在管中心的金属导线B组成。工作时，使中心的金属导线B带负电，金属管A接地，A、B之间产生强电场，距B越近，电场越强。导线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方的漏斗中。 3．激光打印机：计算机传送指令给激光打印机的微处理器。微处理器依照指令控制光源的目标和持续时间。在不受光照时，硒是绝缘体；硒鼓旋转时，被喷射电子，带上负电荷。根据微处理器接收到的指令，光射到硒鼓的部分表面。被光照的部分，硒变成半导体，电荷被导走，不再带电。由此，在硒鼓上留下了带负电的“静电潜像”。在硒鼓滚动的过程中，吸引不带电的墨粉。墨粉中含有碳粒，硒鼓上带的墨粉越多，印出的黑色越浓。打印纸在一个电极的作用下携带正电荷，受到硒鼓滚压后“吸走”了鼓上的墨粉(即图像)。打印纸穿过定影器的加热压辊，纸上的墨粉熔化后被牢固地黏结在纸上。硒鼓返回黑暗中，成为绝缘体。表面被重新喷射电子，准备下一次打印。 4．其他应用：静电屏蔽、静电复印、静电植绒等。 三　静电的危害 1．雷雨云的雷鸣电闪，有可能造成人畜伤亡、击毁树木房屋、造成停电事故、酿成飞行事故、引发森林大火、干扰无线电通信等。 2．在存放易燃易爆品或产生粉尘、油雾较多的生产场所，静电火花极易点燃这些易燃物质，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．静电放电还可以击穿集成电路和精密的电子元件。 四　静电危害的防治 1．要尽快导走多余电荷，避免静电积累。 2．调节空气的湿度也是防治静电危害的有效办法。 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也是十分重要的防静电措施。 4．给导体加一个金属尖端，就能把积累的电荷由尖端放走，这称为尖端放电。 判一判 (1)静电喷涂是使雾化的涂料微粒带上负电荷，并吸附于带正电的被涂物。(　　) (2)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。(　　) (3)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。(　　) (4)静电都是很微弱的。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 探究　静电的利用 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：静电在工业和生活中有很多重要的应用，你知道哪些？ 提示：静电喷涂、静电除尘、静电在激光打印中的应用、静电屏蔽、静电复印、静电植绒……。 活动2：想一想静电利用的基本原理是什么？ 提示：带电粒子在静电场中受到电场力作用。 1．静电的应用主要有以下几个方面 (1)根据电荷间的作用规律及带电体能吸引轻小物体的性质，应用有：静电复印、静电喷洒农药、静电喷漆、静电除尘、静电植绒、静电净化空气等。 (2)利用高压静电产生的电场，应用有：静电保鲜、静电灭菌、处理作物种子等。 (3)利用静电放电时产生的臭氧灭菌消毒等。 2．静电利用的原理 带电粒子在电场力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷漆、复印等目的。 处于强电场中的空气分子会被电离，使灰尘颗粒带电，利用此原理可以进行静电除尘。如图所示，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，一枚细针与手摇起电机的负极相连，在铝板和细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电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是(　　) A．烟尘因为带负电而被吸附到细针上 B．某烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小 C．某烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大 D．若某烟尘颗粒在被吸附过程中电荷量不变，离铝板越近则加速度越大 (1)烟尘是如何被电极吸附的？ 提示：烟尘吸附空气电离产生的电子而带负电，在电场力作用下被吸附到铝板上。 (2)铝板与细针间的电场有什么特点？ 提示：电场由铝板指向细针，且越靠近细针电场越强。 [规范解答]　空气被电离生成的电子在电场力的作用下向正极移动时，遇到烟尘颗粒而使烟尘颗粒带负电，因此，带电烟尘颗粒在电场力的作用下向铝板运动，被吸附到铝板上，故A错误；烟尘颗粒向铝板运动时，在电场力作用下做加速运动，所以离铝板越近速度越大，故B错误，C正确；从针尖端到铝板，电场线越来越稀疏，同一烟尘颗粒离铝板越近，受到的电场力越小，则加速度越小，故D错误。 [答案]　C 解答本类问题需掌握的几点 (1)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 (2)越尖锐的位置，电荷分布越密集，电场越强，同一带电粒子的加速度越大。 (3)电场力方向与运动方向成锐角时，带电粒子速度增大，成钝角时，速度减小。 　如图是静电喷涂原理的示意图。喷枪喷嘴与被涂工件之间有强电场，喷嘴喷出的带电涂料微粒在强电场的作用下会向工件高速运动，最后被吸附到工件表面。则可知(　　) A．微粒一定带正电 B．微粒可能带正电，也可能带负电 C．微粒运动过程中，速度越来越小 D．微粒运动过程中，速度越来越大 答案　D 解析　带正电的工件因为静电感应电荷分布在表面，微粒在电场力的作用下向工件运动，故微粒带负电，A、B错误；微粒运动过程中，电场力与速度方向成锐角，速度越来越大，故C错误，D正确。 探究　静电的危害及其防治 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：由于静电极易产生并且能形成较高的电压，因此静电危害极为常见。列举几例静电危害的案例。 提示：在存放易燃易爆品或产生粉尘、油雾较多的生产场所，静电火花极易引起爆炸和火灾。闪电击毁电器。 活动2：防治静电危害的常见方法有哪些？ 提示：要尽快导走多余电荷，避免静电积累；调节空气湿度；在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风。 活动3：如图所示，是一台感应起电机，它可以模拟闪电的形成，当给它的一个金属小球装上一个金属尖端，快速转动手柄，却再也看不到火花放电的现象了，为什么？ 提示：给金属小球加一个尖端，根据静电平衡导体电荷的分布，电荷主要分布在尖端，就能及时把积累的电荷由尖端放走(与另一个金属球的电荷中和)，避免电荷积累过多，产生放电火花。 1．静电产生危害的原理 随着物体上积累的电荷的增多，其周围的电场增强，带电物体与附近其他物体间的电压升高，当电压升高到一定程度，就会击穿周围的空气而发生火花放电，从而引起火灾，干扰、击穿电子设备元件等。 2．尖端放电 利用导体表面电荷分布的特点，尖端的强电场使空气电离，中和尖端的电荷的现象。 (1)避雷针是这一现象的应用。 (2)越尖锐越易放电，故高压设备上的金属元件表面要尽量光滑，避免尖端放电。 3．防治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)尽快把多余电荷导走，防止静电积累，常用的简单办法是设备接地、尖端放电。 (3)消除静电火花的引爆条件，常用的方法是保持良好的通风。 如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。先产生放电现象的是(　　) A．A金属柱 B．B金属柱 C．A、B金属柱同时 D．可能是A金属柱，也可能是B金属柱 (1)导体表面电荷分布情况是怎样的？ 提示：越尖锐的位置电荷密度越大，平坦的位置电荷密度小。 (2)生活中，避雷针应如何安装？ 提示：避雷针一般安装在建筑的顶部，用粗导线将其与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触。 [规范解答]　由于导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象，故选A。 [答案]　A 　在以下的应用或现象中，属于静电危害防治的是(　　) A．静电复印 B．静电喷涂 C．静电除尘 D．油罐车用铁链拖地运行 答案　D 解析　静电复印、静电喷涂、静电除尘是静电的应用，油罐车用铁链拖地运行是静电危害的防治，D正确。 1．(静电利用)下列哪些措施利用了静电(　　) A．印刷厂里纸页之间因静电而黏合 B．农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电 C．家用电器如洗衣机接有地线 D．手机一般都装有天线 答案　B 解析　A项是静电产生的危害，A错误；农作物叶子上一般带有负电，则农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电，利用了静电，B正确；家用电器如洗衣机接有地线，是为了将静电导走，防止静电产生的危害，C错误；手机装有天线的目的是更好地接收信号，D错误。 2．(静电防护)小黄在暑假旅游坐飞机时发现飞机尾翼尖端处有些很细的针，如图所示。这些细针的功能最有可能的是(　　) A．扰乱空气流 B．发射与地面飞机场联系的电磁波 C．预防雷电击中高空飞行的飞机 D．释放高速飞行与空气摩擦时产生的静电 答案　D 解析　飞机高速飞行时与空气摩擦产生静电，电荷在越尖锐的地方分布越多，从而可以通过尖端放电将静电释放出去。故选D。 3．(尖端放电)(多选)关于避雷针，以下说法正确的是(　　) A．避雷针避雷是中和云层中的异种电荷 B．避雷针避雷利用了尖端放电现象 C．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 D．避雷针安装在高大建筑物顶部，且必须接地 答案　ABD 解析　避雷针是用来保护建筑物等避免雷击的装置，建筑物上安装避雷针的原理是通过尖端放电来中和云层中的异种电荷，顶端不能设计成球形，故A、B、D正确，C错误。 4.(静电利用)为了消除和利用烟气中的煤粉，可采用如图所示的静电除尘装置，它是由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A接到高压电源正极，B接到高压电源负极，且A要接地。A、B间有很强的电场，距B越近电场________(填“越强”或“越弱”)，因此，B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，正离子跑到B上得到电子又变成空气分子，电子在奔向A的过程中遇到烟气中的煤粉并附着在煤粉上，使其带负电，吸附到________(填“A”或“B”)上，这样排出的烟就变清洁了。 答案　越强　A 解析　A接到高压电源正极，B接到高压电源负极，且A要接地，电极截面如图所示，由电场线可判断越靠近B电场越强；煤粉吸附电子后带负电，因此向正极A运动，被吸附到A上。 5．(综合提升)(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　) A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 答案　AB 解析　尘埃经过过滤网后被接电源正极的集尘极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极的过程中电场力做正功，尘埃的动能增大，故B正确，D错误；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$