第七节 静电的利用与防范（导学案）物理沪科版2020必修第三册

第七节 静电的利用与防范 导学案 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点.2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因. 3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理． 【知识回顾】 一、静电的利用 1．静电除尘：空气分子被电离为正离子和电子，使尘埃带负电，在静电力作用下，尘埃被吸附到正极处。 2．静电喷雾：接高压负极的喷枪口喷出的涂料微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动。 光学系统 原稿 静电潜像 光导 硒鼓 喷枪 涂料 负电压发生器 被涂物 地面 3．静电复印：使光导硒鼓带正电，在光敏导体膜层上形成静电静电迁潜像带_负__电的显影墨粉被吸附到光敏导体表面，带正_______电的复印纸与墨粉图像接触，将墨粉转移到复印纸上，最后经过定影器加热。 二、静电的防范 1．良好接地。如油罐车尾的拖地链加油机上的金属键盘、飞机使用导电橡胶制作的轮胎。 2．工艺控制。如保持一定湿度、掺加抗静电剂。 3．使用避雷针（接闪杆），原理是_尖端放电。 · 总之，静电利用是用电荷间的_相互作用_______，而静电防范是让产生的电荷及时转移出去不产生积累。 【自主预习】 一、静电平衡 1．定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态． 2．处于静电平衡状态的导体的特点 ①导体内部的电场强度处处为零． ②导体是一个等势体，导体表面是等势面． ③导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直． ④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上． ⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷． 二、尖端放电 导体尖端周围电场使空气电离，电离出的与导体尖端电荷符号相反的电荷与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷． 三、静电屏蔽 处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的场强处处为零，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽． 1．屏蔽外部电场使其不影响内部 2．屏蔽内部电场使其不影响外部 思考与讨论： 如何利用静电？ 1．静电除尘 在工业生产中常利用静电以净化气体或回收有用尘粒。如图 9–65 所示为静电除尘装置及其示意图。在强电场 B 附近空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极 A 的运动过程中遇到尘粒，使尘粒带负电被吸附到正极收集。这一装置常用于火力发电站收集烟气中的煤灰和粉尘，以及用于冶金业收集锡、锌、铅、铝等的氧化物。静电除尘也可以用于家庭除尘灭菌。图 9–65 静电除尘 （a） （b） A B 2．静电喷雾 静电喷雾的特点是形成带有电荷的雾滴。在工业生产中，静电喷雾技术可用于汽车、家电、仪表等外壳的喷涂。喷枪 涂料 负电压发生器 被涂物 地面 图 9–66 静电喷雾 如图 9–66 所示，静电喷雾的喷枪口上有金属导流管接高压负极，被涂工件接地作为正极，在喷口和工件之间形成较强的静电场。当高压空气将涂料从输料管送到喷口的导流管时，由于导流管连接高压负极使涂料微粒带上负电荷，在静电力和压缩空气的作用下飞向工件，并均匀地吸附在工件表面。经过干燥或加热，固化成厚度均匀、质地坚固的涂层，完成喷涂工作。 3．静电复印 现代电子技术的广泛应用给人们带来了许多方便，大大提高了工作效率。静电复印机具有简便、迅速、清晰、可扩印和缩印并可复印彩色原件等优点而被广泛应用。 自 主 活 动 准备塑料板一块，丝绸一块，一些细木屑（或粉笔屑）。用丝绸在塑料板上用力摩擦后，再用手指在塑料板上缓慢移动写字，比如写一个“大”字，然后把干燥的细木屑（或粉笔屑）均匀地撒在塑料板上，竖起塑料板在桌面上轻轻敲击后，塑料板上就会留下一个空心的“大”字。 如图 9–67 所示，当一张要复印的图像放在静电复印机的稿台上时，在机内灯光照射下，反射光通过光学系统在光导硒鼓上成像。光导硒鼓表面覆有光敏导体薄膜。光敏导体对光很敏感，没有光线时电阻大，能保持电荷；遇到光照电阻就急剧下降，将所带的电荷传走。光敏导体表面在充电极的作用下带有均匀的正电荷。图像的反射光形成的像就落在光导硒鼓的光敏导体表面上。由于反射光有强有弱（与原稿图像的深浅对应），光敏导体的电阻相应发生变化。光敏导体表面的静电电荷也随光线强弱程度而不同程度地消失，在光敏导体膜层上便形成一个相应的静电图像。但人们看不到它，好像潜藏在膜层内，故称“静电潜像”。光学系统 原稿 静电潜像 光导 硒鼓 图 9–67 静电复印 这时带负电的显影墨粉在电场力的作用下被吸附到光敏导体表面。潜像上吸附的墨粉量与潜像上电荷的多少相对应。于是，在光导硒鼓的表面显现出有深浅层次的墨粉图像。复印机将送来的复印纸充上比光导硒鼓表面更强的正电。当复印纸与墨粉图像接触时便将带负电的墨粉转移到复印纸上。再经定影器加热，墨粉便被融化并牢固地黏附在纸上，图像和文字就复印在纸上了。 大家谈 在生活中，静电是否给你带来过麻烦？你又是如何应对的？ 虽然静电有许多用处，但静电的麻烦也不少。静电危害来源于带电体静电场的作用。例如飞机飞行时机体与空气、水汽、灰尘等微粒摩擦会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机电子设备的正常工作；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页黏合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度。另外，还可能因静电火花点燃某些易燃物体而引发爆炸等事故。 如何防范静电对人类的危害？ 1．良好接地 如图 9–68 所示，常见的油罐车尾的拖地链和加油机上的金属键盘等都是通过有效接地的方法把静电传入地下，以防止静电的积聚，避免静电放电的火花引发爆炸。飞机使用导电橡胶制作的轮胎，在着陆时静电通过导电轮胎及时传入大地，保证乘客和飞机的安全。图 9–68 良好接地 （a）油罐车尾的拖地链 （b）加油机上的金属键盘 2．工艺控制 静电的产生与环境湿度和空气中的离子浓度存在密切的关系。因此，保持一定湿度，让静电通过潮湿空气转移出去是一种有用的防范措施。同时，与普通场合相比，在空气纯净的场所（如无尘车间）内，静电更易产生。同样的操作在不同的湿度下产生的静电电压可以相差许多。值得注意的是，并不是湿度越高越好，湿度过高会导致设备易结露水；因此湿度应控制在一个合理范围内。另外，在橡胶、纤维、纸张、涂料中，常采用不同工艺掺加抗静电剂，从而使材料具有持久的抗静电效果。 3．使用避雷针（接闪杆） 现代建筑物都装有避雷针。避雷针（接闪杆）的原理是尖端放电。如图 9–69 所示，在雷雨天气高楼上空出现带电云层时，高楼顶部会被感应上大量电荷。由于避雷针是尖的，在其周围形成强电场而导致尖端放电。这就是把空气击穿（电离）形成导电通路，使云层中积累的电荷通过避雷针导入大地，减少地面物受雷击的可能性。所以避雷针其实不“避雷”，反而是“接雷”，只不过是化强为弱，避免强雷电的破坏。图 9–69 避雷针的原理 避雷针 感应电荷 电子移至地下 埋在地下的金属板 放电 带电的雷雨云层 总之，静电利用是用电荷间的相互作用，而静电防范是让产生的电荷及时导走不产生积累。 雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。通常下部的雷云因摩擦而带负电，上部的雷云带正电。当某处积聚的电荷密度很大，周围产生强电场，就可击穿空气分子，形成雷电，释放巨大能量。 1．由于静电感应，会使雷云下方附近的地面积聚 电荷，在云层和地面之间产生电场的大致方向： 。 2．为避免雷电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。如图，雷雨天，在避雷针附近产生电场，其等势面的分布如虚线所示。 （1）A、B、C三点中，场强最大的位置是 。一带电量为-2.0×10-7C的电荷q，由B运动到到C点，则其电势能的变化量∆Ep= J。 （2）沿水平方向在某区域建立坐标轴Ox，轴上各点电势分布如图所示，b为图线最高点，则( ) A．b点场强为零             B．b点场强竖直向上 C．a、c两点场强相同     D．沿水平方向b点距离避雷针比c点更远 3．1752年6月的一天，富兰克林在空旷地带高举装有金属杆的风筝，刚好一道闪电从风筝上掠过，他将风筝线上的电引入莱顿瓶中，回家进行了各种电学实验，证明雷电与人工摩擦产生的电具有相同的性质。已知莱顿瓶的电容C=1000pF，测出其两端的电压U=120V，则富兰克林收集到雷电的电量Q= C．（1pF=10-12F） 【答案】1． 正 向上 2． A点 -8.0×10-4 B 3．1.2×10-7 【解析】1．[1]根据题意，由于下部的雷云因摩擦而带负电，根据静电感应的原理可知，会使雷云下方附近的地面积聚正电荷； [2]电场线的方向由正电荷指向负电荷，而电场线的方向即为电场的方向，则可知在云层和地面之间产生电场的大致方向向上。 2．（1）[1]等差等势面越密集的地方电场强度越大，根据等势面的分布可知A点处的等势面最密集，因此A点处的场强最大； [2]负电荷q，由B运动到到C点，其电势能的变化量 （2）AB．在图像中，图线的斜率表示电场强度，b点为图像中的最高点，则可知b点处的斜率为0，则b点处的水平场强为0，只有竖直方向的场强，故A错误，B正确； C．在图像中a、c两点处的斜率大小不同方向也不同，则可知a、c两点处的场强大小不同，方向也不同，故C错误； D．离避雷针越近电势越高，b点处的电势高于c点处的电势，由此可知沿水平方向b点距离避雷针比c点更近，故D错误。 故选B。 3．根据 代入数据可得 4．雷电是大气中的放电现象，使用避雷针可以防止雷电对高层建筑的危害。科学家对雷电有长期研究。富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带 电（选填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，假设两个金属小球各带有相同的电荷量，电荷量的大小为 。 (3)科学家曾捕捉到的一种奇异的“颠倒闪电”，这种闪电被称为“bluejet”，它不是从云层向地面放电，而是从平流层底部直冲向平流层顶部。利用大气空间相互作用监测器（ASIM），科学家还发现蓝色闪光持续时长约为10毫秒。已知一次闪电的电荷量约为500库仑，平流层是距地表约10~50公里处的大气层，假设其底部和顶部之间电势差约为2×108伏特，放电区域直径为10公里，则（　　） A．该区域平流层的等效电阻约为4000Ω B．该区域平流层的平均漏电电流约为1.8×104A C．该区域平流层的平均电阻率约为7.9×106Ω∙m D．该区域平流层的平均电阻率约为1.7×105Ω∙m 【答案】(1)负 (2) (3)AC 【详解】（1）当带负电云层靠近验电器时，避雷针带正电，则验电器D上的两个金属小球因带负电而张开。 （2）对左侧小球受力分析，小球受到竖直向下的重力，水平向左的库仑力和沿绳向上的拉力，根据平衡条件可得 所以 （3）AB．一次闪电过程的电流为 所以该区域平流层的等效电阻为，故A正确，B错误； CD．根据电阻定律 代入数据解得，故C正确，D错误。 故选AC。 5．下列各图中涉及到的物理现象及应用，说法正确的是（　　） A．甲图是利用把头发碎屑模拟的电场线的分布，从图中可知该电场一定是正电荷形成的 B．乙图为家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电的原理而制成的 C．丙图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在带负电的金属板上 D．丁图为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷 【答案】B 【详解】A．根据甲图无法判定电场线的方向，所以无法得知该电场是否为正电荷形成，故A错误； B．图乙为家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电的原理而制成的，故B正确； C．图丙为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在带正电的金属板上，故C错误； D．图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带不同的电荷，从而产生引力，故D错误。 故选B。 6．如图为某一不规则的导体截面所在平面的电场线分布，导体截面右侧边缘带正电荷，左则边缘带负电荷。仔细观察发现电场线与导体截面边缘的夹角成 度，导体截面边缘上P、Q两处的电势φP和φQ的大小关系是： 。 【答案】 90 【详解】[1]仔细观察题图可以发现电场线与导体截面边缘的夹角成90度。 [2]处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面，因此导体截面边缘上P、Q两处的电势φP和φQ的大小关系是 7．如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当使带电的金属球靠近验电器的金属球时，验电器的箔片 （填“张开”或“不张开”），我们把这种现象称之为 。 【答案】 不张开 静电屏蔽 【详解】[1][2]金属网罩在水平向右的匀强电场作用下，使得金属网罩左侧带负电，右侧带正电，使得网罩内存在两个电场，匀强电场向右和网罩正负电荷形成的向左的电场，当网罩电荷不再移动时，两个电场等大反向合场强为0，因此验电器的金属片不会张开，我们把这种现象称之为静电屏蔽。 8．如图所示，不带电的导体AB靠近带正电的小球Q放置，此时A端带 电荷；若让B端接地，则此时A端带 电荷（以上两空均选填“正”或“负”）。 【答案】 负 负 【详解】[1][2]根据静电感应原理可知，不带电的导体AB靠近带正电的小球Q放置，此时A端带负电荷；若让B端接地，则此时A端仍带负电荷。 9．如图所示，设想在真空环境中将带电导体球靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为、；若沿虚线2将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为、。下列推断正确的是（　　）    A．可能为负 B．一定等于 C．可能为负 D．在正电荷的作用下，导体上的正电荷向左运动，负电荷向右运动 【答案】B 【详解】A．因导体所带电量的总和为零，则Q左+Q右一定为零，故A错误； B．因导体所带电量的总和为零，则Q左+Q右一定等于Q'左+Q'右且都等于零，故B正确； C．达到静电平衡时，可知导体右侧带负电，导体左侧带正电，因此为正，故C错误； D．金属导电的实质是自由电子的移动，因此在正电荷的作用下，仅带负电荷的自由电子向右运动，故D错误。 故选B。 10．用绝缘柱支撑的不带电的导体A和B彼此接触，A、B下方均连有两片闭合金属箔。现把带正电荷的C球移近导体A，金属箔的状态是（    ） A．仅有A下方金属箔张开 B．仅有B下方金属箔张开 C．两片金属箔均张开 D．两片金属箔仍闭合 【答案】C 【详解】把带正电荷的C球移近导体A，则A端感应出负电，B端感应出正电，则A、B下方连有的金属箔均会张开。 故选C。 闪电是由云层所累积的电荷引起的，通常是云层底部带负电，顶部带正电，云层下的地面带正电。当电场强度增大到足以击穿空气时，云层与云层之间或云层与地面之间发生的短时放电现象就是闪电。 11．某次闪电的图像如图所示。云层底部与地面之间的距离，击穿空气所需的电场强度，假设云层底部与地面间的电场可看作匀强电场，且每次闪电击向地面输送的电荷量相同，则（　　） A．一次闪电释放的总电荷量为 B．闪电时，云层底部和地面之间的平均电流为 C．一次闪电释放的能量为 D．地球上每年闪电次，全年闪电放出的总能量约为 12．云层底面的电势比地面 （填“低”或“高”） V。 13．云层底面与地面构成的电容器的电容为 ，发生闪电后，云层底面与地面间的电容 （填“变大”、“变小”或“不变”）。 14．如果云层的高度降低，闪电更 发生；如果一片带电云层与另一片同高度的不带电云层合并成更大面积的云层，闪电更 发生。（两空均选填“A．可能”或“B．难以”） 15．如图，霜雨时一头牛栓在树下，闪电击中了树，一个持续的电流脉冲流过地面，这段时间地面形成的等势面如图。如果前后两脚间的身体电阻为，则闪电过程中耗散在体内的能量约为（　　） A． B． C． D． 16．一列火车在前进中，车头和车尾各造到一次闪电轰击。据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。则车上的观察者位于 （A．车前部B．车正中C．车后部，选填“”、“”或“”），对于铁路边地面上观察者的来说， （A．车头先B．车尾先C．头尾同时，选填“”、“”或“”）受到轰击。 【答案】11．B 12． 低 13． 不变 14． A.可能 B.难以 15．C 16． B B 【解析】11．A．根据电流的定义式可知，图像与时间轴围成图形的面积表示电荷量，故一次闪电释放的总电荷量为 故A错误； B．闪电时，云层底部和地面之间的平均电流为 故B正确； C．根据公式，可得 D．全年闪电放出的总能量为 故D错误。 故选B。 12．[1]根据题意可知，云层底部带负电，云层下的地面带正电，则云层底面的电势比地面电势低。 [2]由公式可得，地面与云层地面间的电势差为 即云层底面的电势比地面电势低。 13．[1]由电容的定义式可得，云层底面与地面构成的电容器的电容为 [2]电容器的电容有本身决定，与电容器是否储存电荷量无关，则发生闪电后，云层底面与地面间的电容不变。 14．[1]如果云层的高度降低，云层与地面间的场强变大，则闪电更可能发生。 [2]如果一片带电云层与另一片同高度的不带电云层合并成更大面积的云层，云层电荷密度减小，云层与地面间的场强变小，闪电更难以发生。 15．由图可知，加在牛前后两脚间的电压为 闪电过程中耗散在牛体内的能量 故选C。 16．[1]由于车上的观察者测定两次轰击是同时发生的，根据光速不变原理，说明观察者在火车的中间。 故选B。 [2]在地面上的观察者看来，闪电传到车尾需要传播的距离要短些，传到车头的距离要长些，所以车尾先遭到攻击。 故选B。 17．对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，该女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有异种性质的电荷 B．乙图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在线状电离器B上 C．丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理 D．丁图中，验电器能够直接检测出带电物体的电性 【答案】C 【详解】A．女生接触金属球，与金属球带同种电荷，故A错误； B．线状电离器B带负电，管壁A带正电，带电的尘埃被收集在了A上，故B错误； C．燃气灶电子点火器应用了尖端放电原理，故C正确； D．验电器可以检测出物体是否带电，若已知验电器带电的电性，才可以检测带电物体的电性，故D错误。 故选C。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第七节 静电的利用与防范 导学案 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点.2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因. 1.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理． 【知识回顾】 一、静电的利用 1．静电除尘：空气分子被______为正离子和电子，使尘埃带______电，在______作用下，尘埃被吸附到______极处。 2．静电喷雾：接高压负极的喷枪口喷出的涂料微粒带______电，在______作用下，这些微粒向着作为______极的工件运动。 光学系统 原稿 静电潜像 光导 硒鼓 喷枪 涂料 负电压发生器 被涂物 地面 3．静电复印：使光导硒鼓带正电，在光敏导体膜层上形成静电静电迁______带_________电的显影墨粉被吸附到光敏导体表面，带正_______电的复印纸与墨粉图像接触，将墨粉转移到复印纸上，最后经过定影器加热。 二、静电的防范 1．良好接地。如油罐车尾的______加油机上的金属键盘、飞机使用______橡胶制作的轮胎。 2．工艺控制。如保持一定______、______________ 3．使用避雷针（接闪杆），原理是_________。 · 总之，静电利用是用电荷间的_____________________，而静电防范是让产生的电荷及时________不产生积累。 【自主预习】 一、静电平衡 1．定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态． 2．处于静电平衡状态的导体的特点 ①导体内部的电场强度处处为零． ②导体是一个等势体，导体表面是等势面． ③导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直． ④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上． ⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷． 二、尖端放电 导体尖端周围电场使空气电离，电离出的与导体尖端电荷符号相反的电荷与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷． 三、静电屏蔽 处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的场强处处为零，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽． 1．屏蔽外部电场使其不影响内部 2．屏蔽内部电场使其不影响外部 思考与讨论： 如何利用静电？ 1．静电除尘 在工业生产中常利用静电以净化气体或回收有用尘粒。如图 9–65 所示为静电除尘装置及其示意图。在强电场 B 附近空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极 A 的运动过程中遇到尘粒，使尘粒带负电被吸附到正极收集。这一装置常用于火力发电站收集烟气中的煤灰和粉尘，以及用于冶金业收集锡、锌、铅、铝等的氧化物。静电除尘也可以用于家庭除尘灭菌。图 9–65 静电除尘 （a） （b） A B 2．静电喷雾 静电喷雾的特点是形成带有电荷的雾滴。在工业生产中，静电喷雾技术可用于汽车、家电、仪表等外壳的喷涂。喷枪 涂料 负电压发生器 被涂物 地面 图 9–66 静电喷雾 如图 9–66 所示，静电喷雾的喷枪口上有金属导流管接高压负极，被涂工件接地作为正极，在喷口和工件之间形成较强的静电场。当高压空气将涂料从输料管送到喷口的导流管时，由于导流管连接高压负极使涂料微粒带上负电荷，在静电力和压缩空气的作用下飞向工件，并均匀地吸附在工件表面。经过干燥或加热，固化成厚度均匀、质地坚固的涂层，完成喷涂工作。 3．静电复印 现代电子技术的广泛应用给人们带来了许多方便，大大提高了工作效率。静电复印机具有简便、迅速、清晰、可扩印和缩印并可复印彩色原件等优点而被广泛应用。 自 主 活 动 准备塑料板一块，丝绸一块，一些细木屑（或粉笔屑）。用丝绸在塑料板上用力摩擦后，再用手指在塑料板上缓慢移动写字，比如写一个“大”字，然后把干燥的细木屑（或粉笔屑）均匀地撒在塑料板上，竖起塑料板在桌面上轻轻敲击后，塑料板上就会留下一个空心的“大”字。 如图 9–67 所示，当一张要复印的图像放在静电复印机的稿台上时，在机内灯光照射下，反射光通过光学系统在光导硒鼓上成像。光导硒鼓表面覆有光敏导体薄膜。光敏导体对光很敏感，没有光线时电阻大，能保持电荷；遇到光照电阻就急剧下降，将所带的电荷传走。光敏导体表面在充电极的作用下带有均匀的正电荷。图像的反射光形成的像就落在光导硒鼓的光敏导体表面上。由于反射光有强有弱（与原稿图像的深浅对应），光敏导体的电阻相应发生变化。光敏导体表面的静电电荷也随光线强弱程度而不同程度地消失，在光敏导体膜层上便形成一个相应的静电图像。但人们看不到它，好像潜藏在膜层内，故称“静电潜像”。光学系统 原稿 静电潜像 光导 硒鼓 图 9–67 静电复印 这时带负电的显影墨粉在电场力的作用下被吸附到光敏导体表面。潜像上吸附的墨粉量与潜像上电荷的多少相对应。于是，在光导硒鼓的表面显现出有深浅层次的墨粉图像。复印机将送来的复印纸充上比光导硒鼓表面更强的正电。当复印纸与墨粉图像接触时便将带负电的墨粉转移到复印纸上。再经定影器加热，墨粉便被融化并牢固地黏附在纸上，图像和文字就复印在纸上了。 大家谈 在生活中，静电是否给你带来过麻烦？你又是如何应对的？ 虽然静电有许多用处，但静电的麻烦也不少。静电危害来源于带电体静电场的作用。例如飞机飞行时机体与空气、水汽、灰尘等微粒摩擦会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机电子设备的正常工作；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页黏合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度。另外，还可能因静电火花点燃某些易燃物体而引发爆炸等事故。 如何防范静电对人类的危害？ 1．良好接地 如图 9–68 所示，常见的油罐车尾的拖地链和加油机上的金属键盘等都是通过有效接地的方法把静电传入地下，以防止静电的积聚，避免静电放电的火花引发爆炸。飞机使用导电橡胶制作的轮胎，在着陆时静电通过导电轮胎及时传入大地，保证乘客和飞机的安全。图 9–68 良好接地 （a）油罐车尾的拖地链 （b）加油机上的金属键盘 2．工艺控制 静电的产生与环境湿度和空气中的离子浓度存在密切的关系。因此，保持一定湿度，让静电通过潮湿空气转移出去是一种有用的防范措施。同时，与普通场合相比，在空气纯净的场所（如无尘车间）内，静电更易产生。同样的操作在不同的湿度下产生的静电电压可以相差许多。值得注意的是，并不是湿度越高越好，湿度过高会导致设备易结露水；因此湿度应控制在一个合理范围内。另外，在橡胶、纤维、纸张、涂料中，常采用不同工艺掺加抗静电剂，从而使材料具有持久的抗静电效果。 3．使用避雷针（接闪杆） 现代建筑物都装有避雷针。避雷针（接闪杆）的原理是尖端放电。如图 9–69 所示，在雷雨天气高楼上空出现带电云层时，高楼顶部会被感应上大量电荷。由于避雷针是尖的，在其周围形成强电场而导致尖端放电。这就是把空气击穿（电离）形成导电通路，使云层中积累的电荷通过避雷针导入大地，减少地面物受雷击的可能性。所以避雷针其实不“避雷”，反而是“接雷”，只不过是化强为弱，避免强雷电的破坏。图 9–69 避雷针的原理 避雷针 感应电荷 电子移至地下 埋在地下的金属板 放电 带电的雷雨云层 总之，静电利用是用电荷间的相互作用，而静电防范是让产生的电荷及时导走不产生积累。 雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。通常下部的雷云因摩擦而带负电，上部的雷云带正电。当某处积聚的电荷密度很大，周围产生强电场，就可击穿空气分子，形成雷电，释放巨大能量。 1．由于静电感应，会使雷云下方附近的地面积聚 电荷，在云层和地面之间产生电场的大致方向： 。 2．为避免雷电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。如图，雷雨天，在避雷针附近产生电场，其等势面的分布如虚线所示。 （1）A、B、C三点中，场强最大的位置是 。一带电量为-2.0×10-7C的电荷q，由B运动到到C点，则其电势能的变化量∆Ep= J。 （2）沿水平方向在某区域建立坐标轴Ox，轴上各点电势分布如图所示，b为图线最高点，则( ) A．b点场强为零             B．b点场强竖直向上 C．a、c两点场强相同     D．沿水平方向b点距离避雷针比c点更远 3．1752年6月的一天，富兰克林在空旷地带高举装有金属杆的风筝，刚好一道闪电从风筝上掠过，他将风筝线上的电引入莱顿瓶中，回家进行了各种电学实验，证明雷电与人工摩擦产生的电具有相同的性质。已知莱顿瓶的电容C=1000pF，测出其两端的电压U=120V，则富兰克林收集到雷电的电量Q= C．（1pF=10-12F） 4．雷电是大气中的放电现象，使用避雷针可以防止雷电对高层建筑的危害。科学家对雷电有长期研究。富兰克林为研究雷电现象，设计了如图甲所示的装置。帽形金属钟A上面与较长的避雷针相接，下面用等长细导线悬挂两个金属小球，形成验电器D，帽形金属钟B接地，两钟之间有一个用绝缘丝线悬挂的金属小球C。不带电时三个金属小球均静止下垂。若带负电的云层靠近避雷针时，金属小球C会左右来回撞击A、B钟发出响声，同时看到验电器D上的两个金属小球张开一定角度。 (1)验电器D上的两个金属小球因带 电（选填“正”或“负”）而张开。 (2)如图乙，验电器D上的两个金属小球位置等高，质量均为m，相距为L，且可视作点电荷。悬线与竖直方向的夹角均为θ，已知重力加速度为g，静电常量为k，不考虑金属钟与小球间的作用力，假设两个金属小球各带有相同的电荷量，电荷量的大小为 。 (3)科学家曾捕捉到的一种奇异的“颠倒闪电”，这种闪电被称为“bluejet”，它不是从云层向地面放电，而是从平流层底部直冲向平流层顶部。利用大气空间相互作用监测器（ASIM），科学家还发现蓝色闪光持续时长约为10毫秒。已知一次闪电的电荷量约为500库仑，平流层是距地表约10~50公里处的大气层，假设其底部和顶部之间电势差约为2×108伏特，放电区域直径为10公里，则（　　） A．该区域平流层的等效电阻约为4000Ω B．该区域平流层的平均漏电电流约为1.8×104A C．该区域平流层的平均电阻率约为7.9×106Ω∙m D．该区域平流层的平均电阻率约为1.7×105Ω∙m 5．下列各图中涉及到的物理现象及应用，说法正确的是（　　） A．甲图是利用把头发碎屑模拟的电场线的分布，从图中可知该电场一定是正电荷形成的 B．乙图为家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电的原理而制成的 C．丙图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在带负电的金属板上 D．丁图为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷 6．如图为某一不规则的导体截面所在平面的电场线分布，导体截面右侧边缘带正电荷，左则边缘带负电荷。仔细观察发现电场线与导体截面边缘的夹角成 度，导体截面边缘上P、Q两处的电势φP和φQ的大小关系是： 。 7．如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当使带电的金属球靠近验电器的金属球时，验电器的箔片 （填“张开”或“不张开”），我们把这种现象称之为 。 8．如图所示，不带电的导体AB靠近带正电的小球Q放置，此时A端带 电荷；若让B端接地，则此时A端带 电荷（以上两空均选填“正”或“负”）。 9．如图所示，设想在真空环境中将带电导体球靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为、；若沿虚线2将导体分成左右两部分，这两部分所带电荷量分别为、。下列推断正确的是（　　）    A．可能为负 B．一定等于 C．可能为负 D．在正电荷的作用下，导体上的正电荷向左运动，负电荷向右运动 10．用绝缘柱支撑的不带电的导体A和B彼此接触，A、B下方均连有两片闭合金属箔。现把带正电荷的C球移近导体A，金属箔的状态是（    ） A．仅有A下方金属箔张开 B．仅有B下方金属箔张开 C．两片金属箔均张开 D．两片金属箔仍闭合 闪电是由云层所累积的电荷引起的，通常是云层底部带负电，顶部带正电，云层下的地面带正电。当电场强度增大到足以击穿空气时，云层与云层之间或云层与地面之间发生的短时放电现象就是闪电。 11．某次闪电的图像如图所示。云层底部与地面之间的距离，击穿空气所需的电场强度，假设云层底部与地面间的电场可看作匀强电场，且每次闪电击向地面输送的电荷量相同，则（　　） A．一次闪电释放的总电荷量为 B．闪电时，云层底部和地面之间的平均电流为 C．一次闪电释放的能量为 D．地球上每年闪电次，全年闪电放出的总能量约为 12．云层底面的电势比地面 （填“低”或“高”） V。 13．云层底面与地面构成的电容器的电容为 ，发生闪电后，云层底面与地面间的电容 （填“变大”、“变小”或“不变”）。 14．如果云层的高度降低，闪电更 发生；如果一片带电云层与另一片同高度的不带电云层合并成更大面积的云层，闪电更 发生。（两空均选填“A．可能”或“B．难以”） 15．如图，霜雨时一头牛栓在树下，闪电击中了树，一个持续的电流脉冲流过地面，这段时间地面形成的等势面如图。如果前后两脚间的身体电阻为，则闪电过程中耗散在体内的能量约为（　　） A． B． C． D． 16．一列火车在前进中，车头和车尾各造到一次闪电轰击。据车上的一个观察者测定，这两次轰击是同时发生的。则车上的观察者位于 （A．车前部B．车正中C．车后部，选填“”、“”或“”），对于铁路边地面上观察者的来说， （A．车头先B．车尾先C．头尾同时，选填“”、“”或“”）受到轰击。 17．对于书本中几幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法正确的是（　　） A．甲图中，该女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有异种性质的电荷 B．乙图为静电除尘装置的示意图，带负电的尘埃被收集在线状电离器B上 C．丙图中，燃气灶中电子点火器点火应用了尖端放电的原理 D．丁图中，验电器能够直接检测出带电物体的电性 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 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