高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第5节 静电的利用与防护精品教学设计及反思

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第5节 静电的利用与防护精品教学设计及反思，共13页。







知识点一 静电的利用





[观图助学]





电鳐放电治病


1.医生常把病人放到电鳐身上，或者让病人去碰一下正在放电的电鳐来治疗风湿病和癫狂病等。





喷杯式静电喷涂法


2.碗形喷杯高速旋转并带负高压，涂料从喷杯中心流出，从喷杯的前端以雾状喷出，被涂工件接地，涂料微粒就被吸引到工件上。


①涂件；②回转杯；③涂料容器；④驱动电机；⑤支架；⑥直流高压电源。


这种方法涂料微粒带的电荷量较大，微粒在工件上的吸着率较高。


1.静电除尘能有效处理烟雾，与其他除尘方式相比，静电除尘耗能少，效率高。


2.静电喷涂是通过高压静电发生装置使喷出的雾滴带电的喷雾方法。


3.激光打印也是通过静电来实现打印的。


4.静电还有很多应用，空气净化器，用静电处理种子提高发芽率，利用静电处理水，既能杀菌还能减少水垢，等等。


知识点二 静电的防护


[观图助学]





eq \a\vs4\al(现代避雷针往往具有很多组金属尖棒，做成蒲公英花的形状，以增强避雷效果。) eq \a\vs4\al(铁塔上面的两条导线接地，把输电线屏蔽起来，避免雷击高压线。)


以上两图在静电防护方面采用的方法相同吗？


1.防止静电危害的方法之一是尽快把静电导入地下。


2.雷击：带电云层接近地面时，地面上的物体由于静电感应而带异号电荷，这些感应电荷分布在高大建筑物、大树等突出的物体上，物体和云层间形成很强的电场，使空气电离，云层与地面间形成强烈的火花放电。





静电水处理器的工作原理：接通220 V 50 Hz的电源时，供给副机能量，使之阴阳极间形成高压静电场，被处理水从场经过时受场作用，水分子的偶极矩增大，并呈链状排列。同时一些物理性能发生变化(电导率，表面张力)等，此方法处理的水为静电活化水。





防止静电的方法


1.出门前去洗个手，或者先把手放墙上抹一下去除静电。


2.为避免静电击打，可用小金属器件(如钥匙)、棉抹布等先碰触大门、门把、椅背、床栏等消除静电，再用手触及。


3.穿全棉的内衣。


4.尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的用具，以防止摩擦起电。


5.尽可能远离诸如电视机、电冰箱之类的电器，以防止感应起电。








核心要点 静电的利用





[要点归纳]


1.静电的利用依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。


2.有时利用静电产生的强电场从而使水净化，有时利用高电压低电流治疗疾病等。


3.静电的利用实例—静电复印


复印机用的感光鼓材料是感光型半导体：即在暗态时(不受光)为绝缘体；而在亮态(受光)时为导体。如图所示。





感应型半导体充电后工作示意图


复印机的工作原理是利用光导体的电位特性，在光导体没有受光照的状态下进行充电，使其表面带上均匀的电荷，然后通过光学成像原理，使原稿图像成像在光导体上。有图像部分因没有受到光照(相当于暗态)，所以光导体表面仍带有电荷，而无图像区域则受到光照(相当于亮态)，所以光导体表面的电荷通过基体的接地，使表面的电荷消失，从而形成了静电潜像。再后是通过静电原理，使用带有极性相反电荷的墨粉，使光导体表面的静电潜像转化成为光导体表面的墨粉图像。最后，仍然通过静电原理，将光导体表面的墨粉图像转印到复印纸表面，完成复印的基本过程。


[试题案例]


[例1] 如图所示为静电除尘机理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区，放电极(位于中央)和集尘极分别接到高压直流电源的两极上，其间电场线如图。带负电


的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动并沉积，达到除尘的目的。不考虑尘埃间的相互作用及其他作用，下列说法正确的是( )





A.电场线方向由放电极指向集尘极


B.图中a点电场强度小于b点电场强度


C.尘埃会沿图中虚线从c到d运动


D.尘埃在运动过程中动能增大


解析 由题知带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动，则知集尘极带正电荷，是正极，所以电场线方向由集尘极指向放电极，A项错误；集尘极带正电荷，是正极，a点更靠近放电极，所以图中a点电场强度大于b点电场强度，B项错误；放电极与集尘极间建立非匀强电场，尘埃所受的电场力是变化的，不会沿图中虚线从c到d运动，C项错误；带电尘埃所受的电场力做正功，所以运动过程中动能增大，D项正确。


答案 D


[针对训练1] (多选)静电喷涂时，喷枪带负电。被喷工件带正电，喷枪喷出的涂料微粒带负电。假设微粒被喷出后只受静电力作用，最后吸附在工件表面。微粒在向工件靠近的过程中( )











A.克服电场力做功 B.动能逐渐增大


C.沿着电场线运动 D.加速度先减小后增大


解析 涂料微粒所受的电场力方向向左，其位移方向大体向左，则电场力对涂料微粒做正功，动能增加，A错误，B正确；由于涂料微粒有初速度，故不一定沿电场线方向运动，C错误；涂料微粒的重力不计，根据电场强度的分布可知，所受电场力先减小后增大，则加速度先减小后增大，D正确。


答案 BD


核心要点 静电的防护


[要点归纳]


1.静电的危害


(1)静电吸附尘埃会对印刷、制药、合成纤维等工业生产带来危害。


(2)静电对高密仪器有干扰甚至毁坏作用。


(3)静电最大的危害是静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。


2.静电的防护


(1)抑制静电的产生。


(2)加速静电的泄漏。


(3)进行静电中和。


常用的防护措施有：①接地；②搭接；③屏蔽；④对几乎不能泄漏静电的绝缘体用抗静电剂以增大电导率，使静电易于泄漏；⑤采用喷雾、洒水等方法提高环境湿度，抑制静电的产生；⑥使用静电消除器，进行静电中和。


[试题案例]


[例2] 在下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走( )


A.飞机轮子上搭地线 B.印染车间保持湿度


C.复印图片 D.电工钳柄装有绝缘套


解析 飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患。因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是车间保持湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，则需要应用静电；电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保证电工的安全。


答案 AB


[针对训练2] 以下叙述中属于静电危害的是________；属于静电防止的是________，属于静电利用的是________。


A.在建筑物顶上安装避雷针


B.人在地毯上行走后，接触金属把手时有触电的感觉


C.油罐车上连接搭地铁链


D.静电植绒、静电复印


答案 B AC D








1.(静电的利用)下列属于静电利用的做法是( )


A.水泥厂利用静电除去废气中的粉尘


B.印染厂中的空气需要一定的湿度


C.在制造轮胎的橡胶中添加导电材料


D.行驶的油罐车车尾带一条拖地的铁链


解析 水泥厂利用静电除去废气中的粉尘，这属于静电的利用，故A符合题意；印染厂车间保持湿度，目的是防止在生产过程中产生的静电，是静电的防护，故B不符合题意；在制造轮胎的橡胶中添加导电材料，是静电的防护，故C不符合题意；油罐车在运输过程中会产生静电，若不及时导走，易引起爆炸，通过车尾拖地的铁链导走静电，是静电的防止，故D不符合题意。


答案 A


2.(静电的利用)静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器。某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线AB为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上。若用粗黑曲线表示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力)( )








解析 因为电场中各点的场强方向为电场线上该点的切线方向，条形金属板所产生的电场为非匀强电场，即带电粉尘颗粒在电场中所受的电场力方向与大小都发生变化，故带电粉尘颗粒在电场中不可能沿电场线运动，C错误；因为带电粉尘颗粒在电场中做曲线运动，由曲线运动的特点，粉尘所受的合外力指向轨迹内侧可知，带负电的粉尘颗粒运动轨迹可能为A图，A正确，B、D错误。


答案 A


3.(静电的防护)在我国北方天气干燥的季节里，脱掉外衣后再去拉金属门把手时，常会被电击，这是因为( )


A.干燥空气使人身体上聚集了大量电荷，手接触金属门把手时放电


B.干燥空气使金属门把手上有大量的电荷，手接触金属门把手时放电


C.天气干燥使门把手的电势较高，人的电势较低，手接触金属门把手时被电击


D.人脱衣时由于摩擦使人体带了大量电荷，手接触金属门把手时放电


解析 据题意，脱掉外衣时，发生摩擦起电现象，手接触门把手(金属)时，使产生的大量静电被导走，从而出现放电现象，故D正确。


答案 D











基础过关


1.请用学过的电学知识判断下列说法，正确的是( )


A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全


B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好


C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死


D.打雷时，待在汽车里比待在木屋里更危险


解析 由电学知识知，用金属材料制作的汽油桶可以及时将产生的静电导走，故B正确；绝缘衣在高压下可能被击穿，而金属衣可以起到屏蔽作用，A错误；由静电屏蔽知识可知D错误；小鸟站在高压输电线上，因为两爪之间电压几乎为零，故小鸟不会被电死，C错误。


答案 B


2.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是 ( )


A.铜丝编织的衣服不易拉破


B.电工被铜丝衣服所包裹，主要是为了挡风御寒


C.电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零


D.铜线电阻小，能对人体起到保护作用


解析 高压线路的检修人员在进行高压作业时，要穿上用铜丝网制成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来，这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电场对人体的伤害，故选项C正确。


答案 C


3.复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体OPC，(没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体)而制成的。复印机的基本工作过程是：(1)在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电荷；(2)文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成“静电潜像”；(3)鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位；(4)鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是 ( )





A.步骤(1)中发生了静电感应现象


B.步骤(2)中发生了局部导电现象


C.步骤(3)中发生了静电平衡现象


D.步骤(4)中发生了静电屏蔽现象


解析 在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，这是将空气电离的现象，A错误；文件反射的强光使鼓体上部分OPC变成导体，将电荷导走，有字的部分则仍是绝缘体，保留电荷，这是局部导电现象，B正确；鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位，这是异种电荷相互吸引现象，C错误；鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上，这是异种电荷相互吸引现象，D错误。


答案 B


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


解析 在可燃气体环境(如乙醚)中产生的静电，容易引起爆炸，应设法把产生的静电消除掉(如导入大地)，因此选项B正确。


答案 B


5.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。防静电地板又叫做耗散静电地板，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


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。


答案 C


6.在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。我们看到，图中点火器的放电电极做成了针尖形，这是为什么？与此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖形，这又是为什么？





电子点火器的针状电极


解析 在尖端处，电荷容易聚集，点火器需要瞬间高压放电，自然需要电荷密集，所以点火器的放电电极做成了针尖形，容易使空气电离形成电火花而放电。验电器的金属杆上端固定的电极要尽可能减少放电，所以固定一个金属球，是为了防止空气电离放电。


答案 见解析


能力提升


7.小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的是( )





A.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理


B.工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装


C.化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患


D.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系


解析 用塑料梳子梳头时会产生静电，穿衣、脱衣也会产生静电，这些图标都是为了减少静电的产生，不是静电屏蔽，故A、D错误；工作人员工作时间穿绝缘性能良好的化纤服装，会引起静电，故B错误；化纤手套与接触物容易摩擦起电，有可能引起油料燃烧的危险，故C正确。


答案 C


8.(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而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.N接电源的正极B.M接电源的正极


C.电场强度EB>EAD.电场强度EB

解析 电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极。金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示。由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处场强比A处场强大，即EB>EA。





答案 AC


9.如图所示，在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟感应圈的两放电柱相连，开始，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出。当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到，不再有烟从玻璃管中冒出来了，过一会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘。请说明这种现象产生的原因。





解析 当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，形成强电场。含尘气体经过静电场时被电离，尘粒与负离子结合带上负电，在强电场中受静电力作用偏转后被吸附在带正电的管壁上。


答案 见解析











核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.了解生产生活中关于静电的利用的几个常见实例。


2.了解静电的危害及防护方法。
分析讨论静电在激光打印、静电喷涂、静电除尘中的应用。
通过静电现象的利用和防护，增强安全利用静电的意识