高中物理 第1章 静电与静电场 第4节 趋利避害静电的利用与防止教师用书 鲁科版选修11

第4节趋利避害——静电的利用与防止课标解读重点难点1.知道静电对日常生活、生产有利也有弊．2.通过实例，了解在生产和生活中静电的利用与防止.1.静电的利用和防止．(重点)2.避雷针原理．(难点)静电的利用1.基本知识(1)静电复印、静电除尘、静电喷漆、静电植绒、静电喷药等都是静电的应用．(2)静电处理的种子抗病能力强，且发芽率高；经过静电处理的水，既能杀菌又不易起水垢．2．探究交流静电应用的原理是什么？【提示】同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，利用静电力控制带电粒子的运动或分布.静电的防止1.基本知识(1)方法：将静电荷导走或静电屏蔽．(2)实例①在印染厂里，棉纱、毛线、化学纤维上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降．人们常常采用湿度调节来解决这一问题．设法使车间里保持一定湿度，让电荷随时放出，便可以消除静电危害．②雷电这一静电现象常常会造成巨大的自然灾害，为了避免雷电的危害，通常使用避雷针．避雷针的尖端安装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连．遇到雷雨时，云层上的大量静电由避雷针直接导入地下，同时，避雷针的尖端向空中放电，也中和了云层中的部分电荷，这样就避免了建筑物遭受雷击．③在生产和科研中，电磁仪器常会因外界电场干扰而无法正常工作．针对这一类现象，人们常采用静电屏蔽的方法，把这些设备置于接地的封闭(或近似封闭)金属罩中．2．探究交流为什么飞机加油时加油车和飞机之间用一根金属导线相连且接地？【提示】因为飞机降落时轮胎和地之间摩擦产生静电，若不及时导走，飞机就会通过与它接触的物体放电，产生电火花，引起火灾．所以要在加油车和飞机之间用一根金属导线相连且接地，把飞机上的电荷及时导走，防止意外放电.放电现象1．桥车尾部拖着一长条橡胶带，有什么用途？【提示】将车体的静电荷导入大地．2．常见的放电现象有哪几种？【提示】火花放电、接地放电、雷电、尖端放电．1．放电产生的原因空气中存在少量的自由电子，当导体上聚集的电荷很多时，会在周围空间产生强电场，空气中的自由电子很快被加速到较大的速度和空气中的分子进行碰撞，使空气中的分子电离，这样，在很短时间内空气中会产生大量的自由电荷，形成强烈的放电现象．2．几种常见的放电现象(1)火花放电当电荷在物体上大量积累时，在物体周围会产生很强的电场．如果电场足够强，原来是绝缘体的空气被强电场击穿变为导体，这一现象称为空气的电离．强大的电流通过电离的空气时发声、发光、产生电火花并放出大量的热，这就是火花放电现象．①云层与云层之间或云层与地面之间产生的闪电、雷鸣是火花放电现象．②在干燥的空气中脱掉化纤衣服时，会看到火花，并听到劈啪声，这也是火花放电现象．③实验室中感应起电机两个导电杆之间产生电火花，也是火花放电现象．(2)接地放电用导线把带电体与大地连接起来，从而使带电体上的电荷导入大地．这就是接地放电现象．①油罐车尾部拖一铁链，把车上的电荷导入大地．②飞机降落时，它与空气摩擦产生的静电通过导电橡胶轮胎导入大地．③计算机房和大型电话交换机房的地板要用导电良好的材料制成，以防止静电的积累．(3)雷电当云层间(或云层与地面间)积累大量的电荷时，空气被电离，发生放电，产生强大的电流，从而产生耀眼的闪光和巨响，这就是电闪和雷鸣．(4)尖端放电现象导体的尖端部位特别容易积累电荷，这使尖端附近的空气中的电场特别强，从而发生尖端放电．①高压输电设备的部件，其表面做得很光滑，就是为了避免因尖端放电而造成电能损失或事故．②避雷针也应用了尖端放电原理．避雷针上的电荷通过针尖放出，逐渐中和云层中的电荷，保护建筑物免遭雷击．原理如图1­4­1所示．图1­4­1避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是( )A．云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地B．避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地D．以上说法都不对【解析】遇到雷雨时，云层上的大量静电由避雷针直接导入地下；同时避雷针的尖端向空中放电，也中和了云层中的部分电荷，从而避免建筑物遭受雷击．【答案】AB1．下列措施中，属于通过放电防止静电危害的是( )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【解析】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，从而避免产生剧烈的高压放电使油罐车起火爆炸，故A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正确．选A、C、D.【答案】ACD静电的产生、防止和利用1．在什么情况下易产生静电？【提示】两个绝缘体相互摩擦．2．静电在生产、生活中只能产生危害而无利用价值吗？【提示】不是．1．静电的产生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．摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失，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形成静电，并聚集起来，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．静电的危害(1)印刷厂里，纸页之间的摩擦起电，会使纸页粘在一起难以分开，给印刷带来麻烦．(2)印染厂里棉纱、毛线、人造纤维上的静电，会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降．(3)在制药生产中，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度．(4)在电子计算机的机房中，人体带电可能妨碍电子计算机正常运行．(5)在家庭中，带静电很多的人从电视机旁走过，会给电视的图像和声音带来干扰．(6)静电荷积累到一定程度，会产生火花放电，在地毯上行走的人，与地毯摩擦而带的静电如果足够多，他伸手去拉金属门把手时，手与金属把手间会产生火花放电，严重时会使他痉挛．3．静电的防止基本方法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多．具体措施则多种多样：油罐车靠一条拖在地上的铁链把静电导走；飞机机轮上通常装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎的，着陆时它们可将机身的静电导入地下；在地毯中夹杂0.05～0.07毫米的不锈钢丝导电纤维，消除静电的效果很好；在印染厂中保持适当的湿度，潮湿的空气可使静电电荷很快消失．4．静电的应用静电也可以被人们利用．目前，静电的应用已有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等方面．但依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在静电力作用下奔向并吸附到电极上．如图1­4­2所示是静电除尘装置的示意图，它由金属管A和管中金属丝B组成，有关静电除尘的原理，以下说法正确的是( )图1­4­2A．A接高压电源负极，B接高压电源正极B．煤粉等烟尘吸附电子后被吸在B上C．靠近B处电场强度大，B附近空气被电离成阳离子和电子D．煤粉等烟尘在强大电场作用下电离成阴、阳离子，分别吸附在B和A上【解析】除尘器圆筒的外壁连接在高压电源的正极，中间的金属丝连接到高压电源的负极，靠近金属丝的气体在强电场作用下，电离成阳离子和电子，电子飞向筒壁的过程中，附着在煤粉上，使煤粉飞向筒壁，最后在重力作用下落至筒底，故C正确，A、B、D均错误．【答案】 C2．静电喷涂机原理如图1­4­3所示．静电喷涂机接高压电源，工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，微粒最后被吸附到工件表面．关于静电喷涂机的涂料微粒，下列表述正确的有( )图1­4­3A．微粒带正电B．微粒带负电C．微粒可能带正电，也可能带负电D．微粒受电场力作用【答案】BD【备课资源】(教师用书独具)尚未握手已出“火花”许多人都有过以上经历，握手时，指尖接触时或者手接触到金属物体时，有“触电”的刺痛感；早晨梳头时越梳越乱，甚至“怒发冲冠”；晚上脱衣服时，会伴着蓝色闪光和“啪啪”响声等等，这些都是静电现象．当感觉到电击时，人身上的静电电压已超过2 000 V；当看到放电火花时，身上的静电电压已经超过3 000 V，这时手指会有针刺般的痛感；当听到放电的“啪啪”声音时，身上的静电电压已高达7 000～8 000V，医学专家说，持久的静电会使人体血液的碱性升高，血钙减少，尿中钙排泄量增加，对于血钙水平低的患者十分不利，尤其对有心血管系统疾病的老年人来说，静电更易使其病情加重或诱发早搏，从中医角度来说，人体静电太强，是体内隐藏某种病症的先兆，不能不防．1．电视机的荧光屏表面经常有很多灰尘，这主要是因为( )A．荧光屏具有吸附灰尘的能力B．房间内灰尘的自然堆积C．电视机工作时，荧光屏表面温度过高D．电视机工作时，荧光屏表面有静电【解析】电视机工作时，荧光屏的表面有静电，会吸引灰尘颗粒，故选项D正确．【答案】 D2．在编织某种地毯时，常在编织过程中夹杂一些不锈钢丝，这是因为( )A．使地毯更好看B．使地毯更耐用C．使地毯更善于传热D．释放静电，使地毯不易沾上灰尘【解析】在地毯中夹杂一些良导体不锈钢丝是为了及时将地毯上积累的静电导走，以防有静电吸附灰尘等不利现象产生，选项D正确．【答案】 D3．高压电气设备的金属元件，表面要很光滑，这样做的目的是( )A．为了美观B．为了减少与外界的接触面积C．为了避免尖端放电D．为了减小和外界的摩擦【答案】 C4．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，所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．现有三个粒子a、b、c从P点向下射入由正、负电荷产生的电场中，它们的运动轨迹如图1­4­4所示，则( )【导学号：31870009】图1­4­4A．a带负电荷，b带正电荷，c不带电荷B．a带正电荷，b不带电荷，c带负电荷C．a带负电荷，b不带电荷，c带正电荷D．a带正电荷，b带负电荷，c不带电荷【解析】根据“同种电荷相排斥，异种电荷相吸引”判断．正确选项应为B.【答案】 B学业达标测评(四)(建议用时：45分钟)1．下列措施是为了防止静电产生危害的是( )A．静电复印B．静电喷漆C．在高大的建筑物顶端装上避雷针D．在高大的烟囱中安装静电除尘器【解析】静电复印、静电喷漆、静电除尘均是静电的利用，在高大的建筑物顶端装上避雷针是防止静电产生危害，故本题应选C.【答案】 C2．身穿化纤衣服的人在晚上脱衣服时，会看到电火花，并伴有“叭叭”的响声，其原因是( )A．由于化纤衣物间的摩擦产生了静电B．人体本身带电C．空气带电，在衣服上产生放电现象D．以上说法都不正确【解析】正常情况下，物体(包括气体物质)都是电中性的，人体、空气本身不可能带电，故B、C错误．晚上脱衣服时，衣物间的摩擦产生静电，积聚的大量电荷导致火花放电，故A正确．【答案】 A3．关于避雷针的原理的说法正确的是( )A．通过使用绝缘材料，防止雷电击中建筑物B．避雷针实际上是将雷电提前引下来，为了达到快速的目的，避雷针与空气的接触面积越大越好C．避雷针利用尖端放电原理，置于建筑物顶端，提前将雷电引入地下D．避雷针利用静电平衡，平衡天空带电的云层【解析】避雷针所起的作用是导走云层中的静电荷，为了容易产生放电现象，一般做成比较尖的，并且需要接地良好，所以选项A、B均错误，其原理也不是静电平衡，选项D 错误．【答案】 C4．为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下面措施中不是防止静电危害的是( )A．油罐车后面装一条拖地的铁链B．电工钳柄上套有绝缘胶套C．飞机轮上装搭地线D．印刷车间中保持适当的湿度【解析】防止静电危害是不让其产生火花、高压，而钳柄上的绝缘胶套是防止操作时触电的，而不是防止静电的．【答案】 B5．人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，其原因是( )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【解析】人在工作和生活中，由于衣服的摩擦等原因要产生静电，带电物体能够吸引轻小物体，灰尘容易吸附到衣物上．人造纤维比棉纤维的绝缘性能强，更容易积累静电荷，因此更容易吸引灰尘．【答案】 D6．如图1­4­5所示，空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体．当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时，电荷将做( )【导学号：31870010】图1­4­5A．向上偏转的类平抛运动B．向下偏转的类平抛运动C．匀速直线运动D．变速直线运动【解析】电荷如何运动，由电荷的受力决定，而电荷的重力不计，则只需考虑电荷是否受电场力．根据电场中导体的特点，即可判断．空心导体处在带正电的带电体附近，根据电场中导体的特点，空心导体起到了静电屏蔽的作用，使得内部电场强度为零，电荷不受电场力的作用，所以做匀速直线运动，C选项正确．【答案】 C7．滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G 等部件组成．C与G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地．如图1­4­6所示，电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子．现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导板B到达转动的滚筒C上，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性．下列说法正确的是( )图1­4­6A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽EB．粉粒b落入料槽F，粉粒a落入料槽EC．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工作原理上看，这是允许的D．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工业实用角度看，这也是允许的【解析】因为C和G分别接在高压电源的正、负极上，放电针G附近形成很强的电场，使放电针G附近的空气电离而产生大量离子，其中的负离子在奔向正极C的过程中被吸附到粉粒a、b上，a、b因吸附负离子而带负电，被吸引到带正电的滚筒C上，因a具有良好的导电性，a所带电荷被C上的正电荷中和并最终带上和C相同的电荷而被C排斥，落入料槽F；粉粒b因具有良好的绝缘性所带负电荷不会被中和，和C相互吸引被吸引到滚筒C上，直到D处被刮板刮落而落入料槽E中，故A正确，B错．若滚筒C不接地而放电针G接地，同样能使放电针附近空气电离，从工作原理上看，这是允许的，但滚筒C不接地具有高压，不安全，从工业实用角度看，这是不允许的，故C正确，D错．【答案】AC8．盛放在油罐车内的石油产品，振荡时可产生静电，容易引起火灾，所以油罐车尾部有一条拖地的铁链，这是利用了铁具有________的性质．【解析】铁链具有良好的导电性，能把由于振荡产生的静电导入大地，从而防止火灾等危险情况的发生．【答案】良好的导电性9．在干燥的天气里，脱毛衣时会听到噼里啪啦的响声，还会伴有点点火花，若用手接触金属常常被电击，你能用所学过的知识来解释这一现象吗？【解析】由于在脱毛衣时，物体与物体之间发生摩擦，使物体带了电，即摩擦起电，所以电荷在发生中和时就发出了噼里啪啦的声音．在用手和金属接触时发生了放电的现象，所以有被电击的情况．【答案】在脱毛衣时，物体与物体之间发生摩擦，使物体带了电，用手和金属接触时发生了放电的现象，所以有被电击的情况10．在干燥的环境里，复印机工作时常因出现复印纸粘在一起影响复印质量．可用什么方法防止纸粘在一起？试说明理由．【解析】复印纸粘在一起，是因为互相摩擦而产生了静电荷，由于正负电荷互相吸引，使复印纸不易分开．增大空气的湿度，可防止纸粘在一起．因为空气湿度大时，不易产生摩擦起电现象；产生的一些静电荷也容易泄漏而消失，所以复印纸就容易分开了．【答案】见解析11．工厂在加工完金属工件后，需要给工件喷防锈漆．工人把金属工件、喷枪分别接在高压直流电源的两极上，为什么这样做？【解析】喷枪接电源的一极，从中喷出的漆便带上了一种电荷，由于同种电荷相互排斥，形成分布均匀的雾状漆，喷枪与工件之间还会形成电场，细小的带电漆珠在电场力作用下向带异种电荷的工件运动，并吸附在工件表面完成喷漆，静电喷漆因喷出的漆分布均匀，故能有效提高喷漆的质量和效率，并减少对工人的危害．【答案】见解析12．静电的危害很多．它的第一种危害来源于带电体的互相作用．在飞机机体与空气、水汽、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成“聋子”或“瞎子”；在印刷厂里，纸页之间的静电，会使纸页粘合在一起，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；在电视机工作时荧光屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就连衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼．静电的第二大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物品而发生爆炸．漆黑的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发出火花和“噼啪”的响声，这对人体基本无害．但在手术台上，静电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人．在煤矿中，则会引起瓦斯爆炸，导致工人死伤，矿井报废．存在可燃气体的环境中防止静电常采用哪些措施？【解析】措施一：做静电实验时，通常要求空气干燥，潮湿的环境则难以做成，所以使存在可燃气体的环境中的空气变得潮湿，可防止静电．措施二：地球是一个大的导体，通常有些电器都有接地线．将在可燃气体环境中能产生静电的装备都接上接地线，将产生的静电导入大地，可防止静电．【答案】见解析11。