高中物理第5节 静电的利用与防护教学设计

这是一份高中物理第5节 静电的利用与防护教学设计，共5页。教案主要包含了静电的利用，静电的防护，静电平衡，静电屏蔽等内容，欢迎下载使用。

1. 熟悉静电除尘、静电复印、静电喷漆、避雷针等静电利用和防护的工作原理。
2. 了解什么是静电平衡和静电屏蔽，知道静电平衡的特点。
3. 了解尖端放电的形成过程。
教学重难点
教学重点
静电现象在实际中的利用与防护。
教学难点
静电除尘、静电复印、避雷针等静电利用与防护的工作原理。
教学过程
新课引入
教师活动：展示打印机、油罐车、雷电，避雷针的图片。
教师口述：我们知道雷电是一种静电现象，雷电有可能给人们的财产或安全带来一定的威胁，但人们可以通过一些措施来规避雷电可能产生的危害。当然静电也会给我们的生产和生活提供很多的便利。我们要怎样做到趋利避害呢？今天我们就来讨论静电的利用与防护。
讲授新课
一、静电的利用
静电在生产和生活中有广泛的应用，下面我们来看这三个实例中是如何实现静电应用的。
静电除尘
金属丝A接高压电源负极，金属筒B接电源正极，当电压达到一定值时，金属丝（电晕极）与筒（收尘极）之间会形成很强的电场，使空气电离。
含尘气体进入静电除尘筒后，大部分烟雾颗粒或粉尘会吸附在电离所产生的负电荷上，在电场力的作用下向金属筒运动，并落在金属筒上，经过净化的气体则从出口排出。
静电喷雾
喷口上的金属导流管接高压电源负极 ，被涂工件接高压电源正极并接地，这样在喷口和工件之间便形成了较强的静电场。当涂料从输料管进入导流管的喷口时，由于导流管极接上高压负极发生放电，周围产生密集的电荷，涂料微粒带上负电荷，在静电力和高压空气的作用下飞向工件，并均匀地吸附在工件表面。再经过干燥或加热，涂料固化成厚度均匀、质地坚固的涂层，这样喷涂工作便完成了。
激光打印的过程
1.充电：使用者通过计算机应用程序下达指令后，感光鼓上充满正电荷或负电荷。
2.曝光：将打印机处理器处理好的图文资料通过激光束照射到感光鼓上，感光鼓表面被激光照射到的地方，其电荷被释放；没有照射到的地方，电荷依然存在。因而感光鼓上形成与图文对应的潜像。
3.显像：让碳粉匣中的碳粉带上与静电潜像电性相反的电荷，当快速转动的感光鼓上的静电潜像经过碳粉匣时，便会吸附带异种电荷的碳粉，“显像”出图文影像。
4.转像：纸张进入机器内部后，会带上大量跟吸附的碳粉相反的电荷，由于异种电荷相互吸引，感光鼓上的碳粉就“转像”到纸张上。
二、静电的防护
静电在某些情况下也会成为“隐形杀手”。防止静电危害的方法之一，是尽快把静电导入地下。
避雷针
雷击是怎样形成的
当带电的云层接近地面时，由于静电感应，地面上的物体带异种电荷，这些感应电荷更多分布在高大建筑物、大树等突出的物体上。当电荷积累到一定程度时，这些物体与云层间形成很强的电场，使空气电离，在云层与地面之间产生强烈的火花放电，这就是雷击。
避雷针的工作原理
带电导体凸起而尖锐的地方电荷比较密集，其附近电场也较强，避雷针就是利用了这一特点。仔细观察就会发现，人们在高大建筑物中安装的避雷针都是尖端导体，这些避雷针会用符合规格的导线与埋在地下的接地装置连接起来。
当带电云层接近时，避雷针上的感应电荷在其附近产生强电场，使避雷针与带电云层间的空气电离，电荷通过避雷针和符合规格的导线引入大地，从而达到保护建筑物的目的。
电离
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
尖端放电
那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。
三、静电平衡
由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷，这种现象叫静电感应。感应电荷在导体中产生反方向的附加电场。当附加电场和外电场大小相等时，导体内合场强为零，自由电荷的定向移动停止。
导体中无电荷定向移动的状态，就叫静电平衡状态。
教师活动：让学生根据视频和老师的讲解讨论分析静电平衡的特点。
学生讨论并回答：导体内部电场为零，没有电场线。
教师总结补充：静电平衡时导体内部没有电场，没有电场线，电荷都分布在导体表面，同时外电场的电场线与导体表面垂直。
教师讲解：场强方向跟该点的表面若不垂直,则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。
通过大量实验事实证明静电平衡时导体内部没有电荷，其电荷只分布在外表面。越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
四、静电屏蔽
我们前面学了静电平衡知道处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场中的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？
教师活动：通过视频我们知道，静电平衡时，导体内部场强处处为零，导体壳就可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
本质：感应电荷的电场和原来的电场相抵消。
应用：电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
典型例题
例1 下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有( )
答案：AD
例2 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. 小鸟停在高压输电线上会被电死
D. 打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险
答案：B
课堂小结
一、静电的利用
静电除尘、静电喷雾、激光打印等
二、静电的防护
(1)避雷针
(2)尖端放电
三、静电平衡
(1)定义
(2)特点
四、静电屏蔽
(1)定义
(2)应用