第二章 第三节 静电的利用与防护(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（粤教版）

本高中物理讲义聚焦静电的利用与防护，系统梳理静电喷涂、除尘、复印、植绒的工作原理，深入解析尖端放电的成因及避雷针等应用与防止措施，最后阐述静电危害的产生与接地、增湿等防护方法，形成“应用-原理-防护”的完整认知支架。 资料通过精选静电喷漆、除尘等情境例题，引导学生运用电场模型分析电荷运动，培养科学推理能力，结合油罐车铁链、防静电地板等生活实例，渗透科学态度与责任。课中助力教师突破重点，课后通过分层练习帮助学生巩固知识，弥补薄弱环节。

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、涂料利用率高、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喷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　(多选)(2023·中山市高二期末)如图甲所示是一种实用的静电除尘设备图，把高压电源的正极接到金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上，它们之间产生强电场，圆筒截面上的电场分布如图乙所示。带有粉尘的烟气进入圆筒内，尘埃在电场中通过某种机制带电，在强电场作用下向圆筒迁移并沉积，经过净化的烟气从出口排出，下列表述正确的是(　　) A．到达圆筒的尘埃带负电荷 B．圆筒与金属线之间的电场是匀强电场 C．尘埃向圆筒迁移过程中克服电场力做功 D．尘埃向圆筒迁移过程中电势能减小 答案　AD 解析　由题意，尘埃在强电场作用下向圆筒迁移并沉积，圆筒带正电，所以尘埃带负电，故A正确；由题图乙知，圆筒与金属线之间的电场是辐向非匀强电场，故B错误；尘埃向圆筒迁移过程中是受静电引力作用而发生的，所以电场力做正功，故C错误；电场力做正功，电势能减小，故D正确。 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　(多选)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。 2．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。 例4　如图所示，运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上，这样做的目的是(　　) A．发出声音，引起路人注意 B．减缓车速，保证行车安全 C．把静电引入大地，避免因放电引起爆炸 D．与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷 答案　C 解析　汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，如果不及时将这些静电导走，一旦出现放电现象，就会发生爆炸事故。拖地铁链使油罐表面与大地相连，使油罐罐体中的电荷不断地中和，不致造成放电产生火花引起油罐爆炸，故C正确，A、B、D错误。 课时对点练　[分值：100分] 1～6题每题8分，共48分 考点一　静电的利用 1．(2023·汕尾市高二期末)随着科学技术的发展，人们对静电特性的认识越来越深入，静电在生产、生活实践中得到了广泛的应用，但有时也要防止静电产生的危害。下列措施属于利用静电的是(　　) A．油罐车尾的铁链 B．静电喷涂机 C．避雷针 D．飞机上的“放电刷” 答案　B 解析　油罐车尾的铁链、避雷针、飞机上的“放电刷”属于防止静电带来的危害，静电喷涂机属于利用静电技术，故B正确。 2．下列关于静电除尘的说法中正确的是(　　) A．进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动 B．除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动 C．烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动 D．烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到 答案　B 解析　静电除尘器的两个电极接高压电源，极间形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出，故B正确。 3．(多选)如图，静电植绒时，真空中带负电的绒毛一旦与布匹上的黏合剂接触就粘贴在布匹上，则带负电的绒毛落向布匹的过程中(　　) A．做匀速运动 B．做加速运动 C．电势能逐渐增大 D．电势能逐渐减小 答案　BD 解析　因下板带正电，故带负电的绒毛落向布匹的过程中，在电场力作用下做加速运动；电场力做正功，则电势能减小，选项B、D正确。 考点二　静电的防止 4．(2023·珠海市高二期末)以下实例中不属于防范静电危害的是(　　) A．建筑物上安装避雷针 B．通过复印机把文件、资料等快速复印下来 C．机械设备要良好地接地 D．保持印染车间的空气有一定的湿度 答案　B 解析　建筑物上安装避雷针，是为了防止静电对建筑物造成伤害，属于防范静电的危害，A不符合题意；静电复印是利用异种电荷相互吸引而使碳粉吸附在纸上，属于静电的应用，B符合题意；机械设备要良好接地，可以将设备使用过程中产生的感应电荷导走，属于防范静电的危害，C不符合题意；印染车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于有一定的湿度，能及时导走，属于防范静电危害，D不符合题意。 5．随着人们生活水平的提高，各种家用电器逐渐走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，有效防止静电，下列措施不可行的是(　　) A．室内要勤拖地、勤洒些水 B．要勤洗澡、勤换衣服 C．选择柔软、光滑的化纤类衣物 D．尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具 答案　C 解析　室内勤拖地、勤洒些水，可以把室内的静电导入到地下而防止静电，故A不符合题意；要勤洗澡、勤换衣服，可以把人体因为摩擦产生的静电导入到地下而防止静电，故B不符合题意；柔软、光滑的化纤类衣物摩擦时容易产生静电，而且静电不容易导走，故C符合题意；化纤地毯和塑料容易在摩擦中产生静电，而且静电不容易导走，所以尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具，故D不符合题意。 6.人们行走时鞋子和地板由于摩擦产生静电，带电的离子会在地板表面对空气中的灰尘产生吸引，对电脑机房、电子厂房等会造成一定的影响。防静电地板又叫作耗散静电地板，当它接地或连接到任何较低电势点时，能够使电荷耗散，地板在施工时，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体。下列关于防静电地板的说法，正确的是(　　) A．地板下面铺设铝箔的作用是防潮 B．地板必须是绝缘体材料　 C．地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维 D．只要地板下面铺设铝箔，地板材料是绝缘的或导电的均可 答案　C 解析　地板在施工时，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体，即要将地板上的静电导走，所以防静电地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维，故选项C正确。 7~10题每题13分，共52分 7.静电在各种产业和日常生活中有着重要的应用，如静电除尘、静电复印等，其依据的基本原理几乎都是让带电的物质微粒在电场作用下奔向并吸附到电极上。现在三个粒子a、b、c从P点向下射入由正、负电极产生的电场中，它们的运动轨迹如图所示，则(　　) A．a带正电荷，b不带电荷，c带负电荷 B．a带负电荷，b不带电荷，c带正电荷 C．a带正电荷，b带负电荷，c不带电荷 D．a带负电荷，b带正电荷，c不带电荷 答案　A 解析　a向负电荷的一侧偏转，说明粒子a与负电荷相互吸引，所以粒子a带正电；b在运动的过程中不偏转，所以b不带电；c向正电荷的一侧偏转，说明c与正电荷相互吸引，即c带负电荷，故A正确。 8．(多选)如图所示，市场上有一种仪器叫作“纺织物摩擦带电量测试仪”，用于测量防静电服面料所带电量。该仪器主要由旋转摩擦机和双层金属筒组成，双层金属筒内筒和外筒之间用绝缘橡胶垫隔离。测试时将面料放入摩擦机中，摩擦起电后，再将带电面料放入双层金属筒内筒并与内壁接触，与内筒相连的仪表就能测出面料所带电量。在外筒接地开关S闭合的情况下，下面说法正确的是(　　) A．内筒的内壁不带电 B．内筒的外壁不带电 C．外筒的内壁不带电 D．外筒的外壁不带电 答案　AD 解析　测试时将面料放入旋转摩擦机中，摩擦起电后，再将带电面料放入双层金属筒内筒并与内壁接触，这时电荷可以全部转移到内筒的外壁，与内筒相连的仪表就能测出面料所带电量。所以内筒的内壁不带电，内筒的外壁带电并且带上全部电量，则A正确，B错误；内筒的外壁带电，由静电感应让外筒带上感应电荷，外筒的内壁带上异种电荷，外筒的外壁带上同种电荷，但是由于外筒外壁接地，把外壁的电量导入大地，则外筒的外壁不带电，所以C错误，D正确。 9.(2023·广州市高二期末)产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成的危害，高大的建筑物会装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线，相邻两等势线间的电势差相等。图中a、b两点的场强大小分别为Ea、Eb，a、b两点的电势分别为φa、φb，则(　　) A．Ea>Eb B．φa>φb C．避雷针的顶端带正电 D．一带负电的雨滴从a下落至b，电场力做负功 答案　C 解析　由题意可知，产生闪电的积雨云底层带负电，可知避雷针的顶端带正电，C正确；等差等势线密集处的电场线也密集，场强也较大，则Ea<Eb，A错误；电场线大致向上，沿电场线的方向电势逐渐降低，可知φa<φb，B错误；一带负电的雨滴从a下落至b，因电场力向下，则电场力做正功，D错误。 10．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，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，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缝被针上 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带电量不变，离铝板越近则加速度越大 答案　C 解析　负离子在电场力的作用下向正极移动时，碰到烟尘颗粒使它带负电，因此带电烟尘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过程中，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；由于针尖端的电场线密集，则越靠近铝板电场力越小，故烟尘颗粒离铝板越近则加速度越小，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $