高中物理第一章 静电场7 静电的利用和防护学案

静电的利用和防护

学习目标：

1．[物理观念]知道静电的概念，了解静电的应用、危害与危害的防治方法。　

2．[科学思维]掌握静电产生的原因，了解激光打印、静电除尘及静电喷涂的工作原理。知道静电的危害并能利用科学防治其危害，能解释有关的自然现象。

3．[科学探究]通过学习激光打印机的工作过程，体验静电的应用，通过静电危害的防治的学习，体验科学的力量。

4．[科学态度与责任]通过对静电的利用和防护的学习，体会科学的魅力，激发学习科学、应用科学的兴趣。

一、静电

1．定义：静止的电荷称为静电。

2．静电现象：在日常生活中，像衣物使人体受到电击的这类现象。

3．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，就越容易击穿周围的空气而发生火花放电。

说明：一般物体相互摩擦后所带的电荷量很小，只有微库量级，但是形成的电压却很高。

二、静电的利用

1．静电的利用：静电喷涂、静电除尘、激光打印、静电屏蔽等。

2．静电喷涂：设法使雾化的油漆液滴或固体涂料的细小颗粒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，就能够比较均匀地沉积于工件表面。

3．静电除尘：设法使烟尘中的颗粒带负电，在静电力作用下被吸附到正极而收集起来。

4．激光打印机的工作过程

(1)计算机传送指令给激光打印机的微处理器。

(2)硒鼓旋转时，被喷射电子，带上负电荷。

(3)根据指令，光射到硒鼓的部分表面，在硒鼓上留下带负电的“静电潜像”。

(4)在硒鼓滚动的过程中，吸引不带电的墨粉。

(5)打印纸带正电荷，受到硒鼓滚压后“吸走”了鼓上的墨粉。

(6)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。

说明：静电的利用有很多：如静电复印、静电植绒等。

三、静电的危害

1．雷雨云的雷鸣电闪。

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。

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。

说明：避雷针就是尖端放电的例子，可以保护建筑物免受雷击伤害。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)静电喷涂是利用了静电。  (√)

(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)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。                            (×)

(4)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。   (√)

2．对于静电喷漆的说法，下列正确的是(　　)

A．当油漆从喷枪喷出时，油漆粒子带正电，物体也带正电，相互排斥而扩散开来

B．当油漆从喷枪喷出时，油漆粒子带负电，物体不带电，相互吸引而被物体吸附

C．从喷枪喷出的油漆粒子带正电，相互排斥而扩散开来，被吸附在带负电的物体上

D．因为油漆粒子相互排斥而扩散开来，所以静电喷漆虽喷漆均匀但浪费油漆

C　[喷枪喷出的油漆粒子带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，从而减少了浪费，所以C正确。]

3．(多选)下列说法中正确的是(　　)

A．静电除尘的原理是让灰尘带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附到带有异种电荷的电极上

B．静电复印的原理是让油墨带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附到带异种电荷的白纸上

C．静电喷涂的原理是让油漆带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上

D．静电复印中的硒鼓上字迹的像实际是曝光的地方

ABC　[灰尘很容易吸附电子，静电除尘的原理就是吸附负电荷的灰尘在电场力作用下被吸附到带正电荷的圆筒上，A对；静电复印和静电喷涂是分别使油墨和油漆带电，在电场力作用下吸附到带异种电荷的预期部位；静电复印曝光时，在光学系统作用下，将原稿图像投射到感光片，并使其形成静电潜像的过程，曝光时，感光片亮区光导体导通，表面电荷迅速消失(亮衰)，暗区光导体绝缘，表面电荷基本保持(不变)。B、C对，D错。]

油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？

提示：油罐车在运输的时候，油会与桶壁摩擦起电，油罐车后面拖一条导电拖地带就可以将产生的静电及时导走，防止静电积累到一定程度再放电发生爆炸危害。

1．静电是如何产生的

两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦产生的静电在能导电的物体上迅速流失，而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失，而是聚集起来，当达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响。

2．静电的应用和防止

(1)静电的应用

(2)静电的防止

防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。

防止静电的途径主要有：

①避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。

②避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。

【例1】　(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是(　　)

A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场

B．涂料微粒一定带正电

C．涂料微粒一定带负电

D．涂料微粒可以带正电，也可以带负电

思路点拨：(1)由图可知涂料微粒一定带负电。

(2)在电场力的作用下涂料微粒奔向工件。

AC　[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，而达到喷漆的目的，所以A正确；由题图知，待喷漆工件带正电，所以涂料微粒应带负电，C项正确。]

1．如图为静电除尘示意图，m、n 为金属管内两点。在 P、Q 两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是(　　)

A．Q 接电源的正极，且电场强度Em＝En

B．Q 接电源的正极，且电场强度 Em＞En

C．P 接电源的正极，且电场强度 Em＝En

D．P 接电源的正极，且电场强度 Em＞En

B　[管内接通静电高压时，管内存在强电场，它使空气电离而产生电子和正离子。电子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电。所以金属管Q应接高压电源的正极，金属丝P接负极。构成类似于点电荷的辐向电场，所以越靠近金属丝，电场强度越强，故A、C、D错误，B正确。]

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，发现高压作业服是用铜丝编织的，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．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。

2．静电屏蔽的两种情况

【例2】　如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则(　　)

A．B的空腔内电场强度为零

B．B不带电

C．B的外表面带正电

D．B的内表面带负电

思路点拨：(1)因静电感应，带正电小球A可使金属壳内外表面产生感应电荷。(2)金属壳B的外表面接地，外表面与大地间可通过接地线发生电荷的转移，最终使金属壳外表面不带电。

D　[因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错。]

处理静电屏蔽问题的三点注意

(1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。

(2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。

(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。

2．如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不跟球壁接触)，再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，但不接触，则(　　)

A．小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向

B．小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向

C．小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变

D．小球A和B的位置都不变

B　[对A受力分析：由于静电屏蔽，B球对球壳里面没有影响，A球受力情况不变，A球位置不变，A、C错；对B受力分析：球壳C不接地，A球对外界有影响，B球受到球壳的引力，B球向右偏离，B对，D错。]

1．人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，这是因为(　　)

A．人造纤维的导电性好，容易吸引灰尘

B．人造纤维的导电性好，容易导走静电，留下灰尘

C．人造纤维的绝缘性好，不易除掉灰尘

D．人造纤维的绝缘性好，容易积累静电，吸引灰尘

D　[人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘是由于人造纤维易带电，使灰尘产生静电感应而被吸引。而易带电的原因是绝缘性好，不易导走静电而使电荷积累，所以D正确。]

2．如图所示，接地的空心金属球壳B右侧有一原来不带电的枕形导体C，现将带正电的小球A，置于空心金属球壳B的内部，则下列说法中正确的是(　　)

A．球壳B带负电，枕形导体C的左端带负电

B．球壳B带负电，枕形导体C的左端带正电

C．球壳B带负电，枕形导体C的左端不带电

D．球壳B不带电，枕形导体C的左端不带电

D　[A置于球心后，球内部感应出负电荷，由于接地，球外部不带电，故枕形导体C的左端不带电，D正确。]

3．(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是(　　)

A．运送汽油的油罐车后有一条拖在地面上的铁链

B．轿车顶部有一根露在外面的天线

C．印染车间总保持适当的湿度

D．铺在房间的地毯中夹杂着0.05 mm的不锈钢丝导电纤维

ACD　[油罐车后拖在地面上的铁链，可将车厢中由于摩擦等原因产生的静电及时导入大地，避免电荷越积越多，产生剧烈的高压放电，使油罐车起火爆炸，故A项正确；轿车顶部的天线是用来接收无线电信号的，如果不露在外面而置于车内，则天线处于金属外壳包围中，无法接收或影响无线电信号的接收效果，故B项错误；印染车间保持适当的湿度，可以将由于摩擦等原因产生的静电及时散失，避免影响印染质量，故C项正确；地毯中夹杂导电纤维同样是为了及时导走由于摩擦等原因产生的静电，故D项正确。]

4．(多选)静电除尘器除尘原理如图所示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是(　　)

A．带电尘埃带正电荷

B．电场方向由收尘极指向电晕极

C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同

D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大

BD　[由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。]

5．情境：为避免雷击，现代高层建筑的顶端都安装上避雷针，避雷针用粗导线与埋在地下的金属板连接，如图甲所示。图乙是古建筑的一角，上面有各种造型的动物。

图甲　　　 　　　　　图乙

问题：你知道古建筑是如何安全引电避雷的吗？

提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种的造形，避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。