高中物理魯科版 (2019)必修第三冊(cè)第5節(jié) 靜電的利用與防護(hù)精品教學(xué)設(shè)計(jì)及反思-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

知識(shí)點(diǎn)一靜電的利用

[觀圖助學(xué)]

電鰩放電治病

1.醫(yī)生常把病人放到電鰩身上，或者讓病人去碰一下正在放電的電鰩來治療風(fēng)濕病和癲狂病等。

噴杯式靜電噴涂法

2.碗形噴杯高速旋轉(zhuǎn)并帶負(fù)高壓，涂料從噴杯中心流出，從噴杯的前端以霧狀噴出，被涂工件接地，涂料微粒就被吸引到工件上。

①涂件；②回轉(zhuǎn)杯；③涂料容器；④驅(qū)動(dòng)電機(jī)；⑤支架；⑥直流高壓電源。

這種方法涂料微粒帶的電荷量較大，微粒在工件上的吸著率較高。

1.靜電除塵能有效處理煙霧，與其他除塵方式相比，靜電除塵耗能少，效率高。

2.靜電噴涂是通過高壓靜電發(fā)生裝置使噴出的霧滴帶電的噴霧方法。

3.激光打印也是通過靜電來實(shí)現(xiàn)打印的。

4.靜電還有很多應(yīng)用，空氣凈化器，用靜電處理種子提高發(fā)芽率，利用靜電處理水，既能殺菌還能減少水垢，等等。

知識(shí)點(diǎn)二靜電的防護(hù)

[觀圖助學(xué)]

eq \a\vs4\al(現(xiàn)代避雷針往往具有很多組金屬尖棒，做成蒲公英花的形狀，以增強(qiáng)避雷效果。) eq \a\vs4\al(鐵塔上面的兩條導(dǎo)線接地，把輸電線屏蔽起來，避免雷擊高壓線。)

以上兩圖在靜電防護(hù)方面采用的方法相同嗎？

1.防止靜電危害的方法之一是盡快把靜電導(dǎo)入地下。

2.雷擊：帶電云層接近地面時(shí)，地面上的物體由于靜電感應(yīng)而帶異號(hào)電荷，這些感應(yīng)電荷分布在高大建筑物、大樹等突出的物體上，物體和云層間形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，使空氣電離，云層與地面間形成強(qiáng)烈的火花放電。

靜電水處理器的工作原理：接通220 V 50 Hz的電源時(shí)，供給副機(jī)能量，使之陰陽極間形成高壓靜電場(chǎng)，被處理水從場(chǎng)經(jīng)過時(shí)受場(chǎng)作用，水分子的偶極矩增大，并呈鏈狀排列。同時(shí)一些物理性能發(fā)生變化(電導(dǎo)率，表面張力)等，此方法處理的水為靜電活化水。

防止靜電的方法

1.出門前去洗個(gè)手，或者先把手放墻上抹一下去除靜電。

2.為避免靜電擊打，可用小金屬器件(如鑰匙)、棉抹布等先碰觸大門、門把、椅背、床欄等消除靜電，再用手觸及。

3.穿全棉的內(nèi)衣。

4.盡量避免使用化纖地毯和以塑料為表面材料的用具，以防止摩擦起電。

5.盡可能遠(yuǎn)離諸如電視機(jī)、電冰箱之類的電器，以防止感應(yīng)起電。

核心要點(diǎn) 靜電的利用

[要點(diǎn)歸納]

1.靜電的利用依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場(chǎng)力的作用下，奔向并吸附到電極上。

2.有時(shí)利用靜電產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)從而使水凈化，有時(shí)利用高電壓低電流治療疾病等。

3.靜電的利用實(shí)例—靜電復(fù)印

復(fù)印機(jī)用的感光鼓材料是感光型半導(dǎo)體：即在暗態(tài)時(shí)(不受光)為絕緣體；而在亮態(tài)(受光)時(shí)為導(dǎo)體。如圖所示。

感應(yīng)型半導(dǎo)體充電后工作示意圖

復(fù)印機(jī)的工作原理是利用光導(dǎo)體的電位特性，在光導(dǎo)體沒有受光照的狀態(tài)下進(jìn)行充電，使其表面帶上均勻的電荷，然后通過光學(xué)成像原理，使原稿圖像成像在光導(dǎo)體上。有圖像部分因沒有受到光照(相當(dāng)于暗態(tài))，所以光導(dǎo)體表面仍帶有電荷，而無圖像區(qū)域則受到光照(相當(dāng)于亮態(tài))，所以光導(dǎo)體表面的電荷通過基體的接地，使表面的電荷消失，從而形成了靜電潛像。再后是通過靜電原理，使用帶有極性相反電荷的墨粉，使光導(dǎo)體表面的靜電潛像轉(zhuǎn)化成為光導(dǎo)體表面的墨粉圖像。最后，仍然通過靜電原理，將光導(dǎo)體表面的墨粉圖像轉(zhuǎn)印到復(fù)印紙表面，完成復(fù)印的基本過程。

[試題案例]

[例1] 如圖所示為靜電除塵機(jī)理圖，廢氣先經(jīng)過一個(gè)機(jī)械過濾裝置再進(jìn)入靜電除塵區(qū)，放電極(位于中央)和集塵極分別接到高壓直流電源的兩極上，其間電場(chǎng)線如圖。帶負(fù)電

的塵埃在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)并沉積，達(dá)到除塵的目的。不考慮塵埃間的相互作用及其他作用，下列說法正確的是( )

A.電場(chǎng)線方向由放電極指向集塵極

B.圖中a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度小于b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度

C.塵埃會(huì)沿圖中虛線從c到d運(yùn)動(dòng)

D.塵埃在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能增大

解析由題知帶負(fù)電的塵埃在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)，則知集塵極帶正電荷，是正極，所以電場(chǎng)線方向由集塵極指向放電極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；集塵極帶正電荷，是正極，a點(diǎn)更靠近放電極，所以圖中a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大于b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度，B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電極與集塵極間建立非勻強(qiáng)電場(chǎng)，塵埃所受的電場(chǎng)力是變化的，不會(huì)沿圖中虛線從c到d運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；帶電塵埃所受的電場(chǎng)力做正功，所以運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能增大，D項(xiàng)正確。

答案 D

[針對(duì)訓(xùn)練1] (多選)靜電噴涂時(shí)，噴槍帶負(fù)電。被噴工件帶正電，噴槍噴出的涂料微粒帶負(fù)電。假設(shè)微粒被噴出后只受靜電力作用，最后吸附在工件表面。微粒在向工件靠近的過程中( )

A.克服電場(chǎng)力做功 B.動(dòng)能逐漸增大

C.沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng) D.加速度先減小后增大

解析涂料微粒所受的電場(chǎng)力方向向左，其位移方向大體向左，則電場(chǎng)力對(duì)涂料微粒做正功，動(dòng)能增加，A錯(cuò)誤，B正確；由于涂料微粒有初速度，故不一定沿電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；涂料微粒的重力不計(jì)，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的分布可知，所受電場(chǎng)力先減小后增大，則加速度先減小后增大，D正確。

答案 BD

核心要點(diǎn) 靜電的防護(hù)

[要點(diǎn)歸納]

1.靜電的危害

(1)靜電吸附塵埃會(huì)對(duì)印刷、制藥、合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)帶來危害。

(2)靜電對(duì)高密儀器有干擾甚至毀壞作用。

(3)靜電最大的危害是靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物質(zhì)而引起爆炸。

2.靜電的防護(hù)

(1)抑制靜電的產(chǎn)生。

(2)加速靜電的泄漏。

(3)進(jìn)行靜電中和。

常用的防護(hù)措施有：①接地；②搭接；③屏蔽；④對(duì)幾乎不能泄漏靜電的絕緣體用抗靜電劑以增大電導(dǎo)率，使靜電易于泄漏；⑤采用噴霧、灑水等方法提高環(huán)境濕度，抑制靜電的產(chǎn)生；⑥使用靜電消除器，進(jìn)行靜電中和。

[試題案例]

[例2] 在下列措施中，哪些能將產(chǎn)生的靜電盡快導(dǎo)走( )

A.飛機(jī)輪子上搭地線 B.印染車間保持濕度

C.復(fù)印圖片 D.電工鉗柄裝有絕緣套

解析飛機(jī)在飛行中與空氣摩擦?xí)r，飛機(jī)外表面聚集了大量靜電荷，降落時(shí)會(huì)對(duì)地面人員帶來危害及火災(zāi)隱患。因此飛機(jī)降落時(shí)要及時(shí)導(dǎo)走機(jī)身聚集的靜電，采取的措施是在輪胎上安裝地線或用導(dǎo)電橡膠制造輪胎；在印染工作車間也同樣容易產(chǎn)生靜電，靜電給車間帶來火災(zāi)隱患，為防止火災(zāi)發(fā)生，其中安全措施之一就是車間保持濕度，從而通過濕潤的空氣及時(shí)導(dǎo)走靜電；在復(fù)印圖片環(huán)節(jié)中，則需要應(yīng)用靜電；電工鉗柄裝有絕緣套是防止導(dǎo)電，保證電工的安全。

答案 AB

[針對(duì)訓(xùn)練2] 以下敘述中屬于靜電危害的是________；屬于靜電防止的是________，屬于靜電利用的是________。

A.在建筑物頂上安裝避雷針

B.人在地毯上行走后，接觸金屬把手時(shí)有觸電的感覺

C.油罐車上連接搭地鐵鏈

D.靜電植絨、靜電復(fù)印

答案 B AC D

1.(靜電的利用)下列屬于靜電利用的做法是( )

A.水泥廠利用靜電除去廢氣中的粉塵

B.印染廠中的空氣需要一定的濕度

C.在制造輪胎的橡膠中添加導(dǎo)電材料

D.行駛的油罐車車尾帶一條拖地的鐵鏈

解析水泥廠利用靜電除去廢氣中的粉塵，這屬于靜電的利用，故A符合題意；印染廠車間保持濕度，目的是防止在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電，是靜電的防護(hù)，故B不符合題意；在制造輪胎的橡膠中添加導(dǎo)電材料，是靜電的防護(hù)，故C不符合題意；油罐車在運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生靜電，若不及時(shí)導(dǎo)走，易引起爆炸，通過車尾拖地的鐵鏈導(dǎo)走靜電，是靜電的防止，故D不符合題意。

答案 A

2.(靜電的利用)靜電除塵器是目前普遍采用的一種高效除塵器。某除塵器模型的收塵板是很長的條形金屬板，圖中直線AB為該收塵板的橫截面。工作時(shí)收塵板帶正電，其左側(cè)的電場(chǎng)線分布如圖所示；粉塵帶負(fù)電，在電場(chǎng)力作用下向收塵板運(yùn)動(dòng)，最后落在收塵板上。若用粗黑曲線表示原來靜止于P點(diǎn)的帶電粉塵顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，下列4幅圖中可能正確的是(忽略重力和空氣阻力)( )

解析因?yàn)殡妶?chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)殡妶?chǎng)線上該點(diǎn)的切線方向，條形金屬板所產(chǎn)生的電場(chǎng)為非勻強(qiáng)電場(chǎng)，即帶電粉塵顆粒在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力方向與大小都發(fā)生變化，故帶電粉塵顆粒在電場(chǎng)中不可能沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；因?yàn)閹щ姺蹓m顆粒在電場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)，由曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，粉塵所受的合外力指向軌跡內(nèi)側(cè)可知，帶負(fù)電的粉塵顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡可能為A圖，A正確，B、D錯(cuò)誤。

答案 A

3.(靜電的防護(hù))在我國北方天氣干燥的季節(jié)里，脫掉外衣后再去拉金屬門把手時(shí)，常會(huì)被電擊，這是因?yàn)? )

A.干燥空氣使人身體上聚集了大量電荷，手接觸金屬門把手時(shí)放電

B.干燥空氣使金屬門把手上有大量的電荷，手接觸金屬門把手時(shí)放電

C.天氣干燥使門把手的電勢(shì)較高，人的電勢(shì)較低，手接觸金屬門把手時(shí)被電擊

D.人脫衣時(shí)由于摩擦使人體帶了大量電荷，手接觸金屬門把手時(shí)放電

解析據(jù)題意，脫掉外衣時(shí)，發(fā)生摩擦起電現(xiàn)象，手接觸門把手(金屬)時(shí)，使產(chǎn)生的大量靜電被導(dǎo)走，從而出現(xiàn)放電現(xiàn)象，故D正確。

答案 D

基礎(chǔ)過關(guān)

1.請(qǐng)用學(xué)過的電學(xué)知識(shí)判斷下列說法，正確的是( )

A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全

B.制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好

C.小鳥停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死

D.打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇锔ｋU(xiǎn)

解析由電學(xué)知識(shí)知，用金屬材料制作的汽油桶可以及時(shí)將產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，故B正確；絕緣衣在高壓下可能被擊穿，而金屬衣可以起到屏蔽作用，A錯(cuò)誤；由靜電屏蔽知識(shí)可知D錯(cuò)誤；小鳥站在高壓輸電線上，因?yàn)閮勺χg電壓幾乎為零，故小鳥不會(huì)被電死，C錯(cuò)誤。

答案 B

2.電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列說法正確的是 ( )

A.銅絲編織的衣服不易拉破

B.電工被銅絲衣服所包裹，主要是為了擋風(fēng)御寒

C.電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零

D.銅線電阻小，能對(duì)人體起到保護(hù)作用

解析高壓線路的檢修人員在進(jìn)行高壓作業(yè)時(shí)，要穿上用銅絲網(wǎng)制成的高壓作業(yè)服，相當(dāng)于把人體用金屬網(wǎng)罩起來，這樣，外部電場(chǎng)就不會(huì)影響到人體，從而避免了感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)人體的傷害，故選項(xiàng)C正確。

答案 C

3.復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓，它是在一個(gè)金屬圓柱表面涂蓋一層有機(jī)光導(dǎo)體OPC，(沒有光照時(shí)OPC是絕緣體，受到光照時(shí)變成導(dǎo)體)而制成的。復(fù)印機(jī)的基本工作過程是：(1)在暗處的有機(jī)光導(dǎo)體鼓和一個(gè)金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近空氣發(fā)生電離，使轉(zhuǎn)動(dòng)鼓體均勻帶上正電荷；(2)文件反射的強(qiáng)光通過光學(xué)系統(tǒng)在鼓上成像，鼓上形成“靜電潛像”；(3)鼓體轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位；(4)鼓體繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過復(fù)印紙，帶電復(fù)印紙又將墨粉吸引到復(fù)印紙上。以下說法正確的是 ( )

A.步驟(1)中發(fā)生了靜電感應(yīng)現(xiàn)象

B.步驟(2)中發(fā)生了局部導(dǎo)電現(xiàn)象

C.步驟(3)中發(fā)生了靜電平衡現(xiàn)象

D.步驟(4)中發(fā)生了靜電屏蔽現(xiàn)象

解析在暗處的有機(jī)光導(dǎo)體鼓和一個(gè)金屬絲電極之間加上高電壓，金屬絲附近空氣發(fā)生電離，這是將空氣電離的現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；文件反射的強(qiáng)光使鼓體上部分OPC變成導(dǎo)體，將電荷導(dǎo)走，有字的部分則仍是絕緣體，保留電荷，這是局部導(dǎo)電現(xiàn)象，B正確；鼓體轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過墨粉盒，潛像將帶相反電荷的墨粉吸引到鼓體帶電部位，這是異種電荷相互吸引現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；鼓體繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過復(fù)印紙，帶電復(fù)印紙又將墨粉吸引到復(fù)印紙上，這是異種電荷相互吸引現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。

答案 B

4.在手術(shù)時(shí)，為防止麻醉劑乙醚爆炸，地磚要用導(dǎo)電材料制成，醫(yī)生和護(hù)士要穿由導(dǎo)電材料制成的鞋子和外套，一切設(shè)備要良好接地，甚至病人身體也要良好接地。這是為了( )

A.除菌消毒 B.消除靜電

C.利用靜電 D.防止漏電

解析在可燃?xì)怏w環(huán)境(如乙醚)中產(chǎn)生的靜電，容易引起爆炸，應(yīng)設(shè)法把產(chǎn)生的靜電消除掉(如導(dǎo)入大地)，因此選項(xiàng)B正確。

答案 B

5.人們行走時(shí)鞋子和地板由于摩擦產(chǎn)生靜電，帶電的離子會(huì)在地板表面對(duì)空氣中的灰塵產(chǎn)生吸引，對(duì)電腦機(jī)房、電子廠房等會(huì)造成一定的影響。防靜電地板又叫做耗散靜電地板，當(dāng)它接地或連接到任何較低電勢(shì)點(diǎn)時(shí)，能夠使電荷耗散，地板在施工時(shí)，地板下面要鋪設(shè)鋁箔，鋁箔要連接到地下預(yù)埋導(dǎo)體。下列關(guān)于防靜電地板的說法，正確的是 ( )

A.地板下面鋪設(shè)鋁箔的作用是防潮

B.地板必須是絕緣體材料

C.地板必須是導(dǎo)電的，如地板中含有導(dǎo)電纖維

D.只要地板下面鋪設(shè)鋁箔，地板材料是絕緣的或?qū)щ姷木?br/>

解析地板在施工時(shí)，地板下面要鋪設(shè)鋁箔，鋁箔要連接到地下預(yù)埋導(dǎo)體，即要將地板上的靜電導(dǎo)走，所以防靜電地板必須是導(dǎo)電的，如地板中含有導(dǎo)電纖維，故選項(xiàng)C正確。

答案 C

6.在燃?xì)庠詈腿細(xì)鉄崴髦?，常常安裝電子點(diǎn)火器，接通電子線路時(shí)產(chǎn)生高電壓，通過高壓放電的電火花來點(diǎn)燃?xì)怏w。我們看到，圖中點(diǎn)火器的放電電極做成了針尖形，這是為什么？與此相反，驗(yàn)電器的金屬桿上端卻固定一個(gè)金屬球而不做成針尖形，這又是為什么？

電子點(diǎn)火器的針狀電極

解析在尖端處，電荷容易聚集，點(diǎn)火器需要瞬間高壓放電，自然需要電荷密集，所以點(diǎn)火器的放電電極做成了針尖形，容易使空氣電離形成電火花而放電。驗(yàn)電器的金屬桿上端固定的電極要盡可能減少放電，所以固定一個(gè)金屬球，是為了防止空氣電離放電。

答案見解析

能力提升

7.小強(qiáng)在加油站加油時(shí)，看到加油機(jī)上有如圖所示的圖標(biāo)，關(guān)于圖標(biāo)涉及的物理知識(shí)及其理解，下列說法正確的是( )

A.制作這些圖標(biāo)的依據(jù)是靜電屏蔽原理

B.工作人員工作時(shí)間須穿絕緣性能良好的化纖服裝

C.化纖手套與接觸物容易摩擦起電存在安全隱患

D.用絕緣的塑料梳子梳頭應(yīng)該沒有關(guān)系

解析用塑料梳子梳頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電，穿衣、脫衣也會(huì)產(chǎn)生靜電，這些圖標(biāo)都是為了減少靜電的產(chǎn)生，不是靜電屏蔽，故A、D錯(cuò)誤；工作人員工作時(shí)間穿絕緣性能良好的化纖服裝，會(huì)引起靜電，故B錯(cuò)誤；化纖手套與接觸物容易摩擦起電，有可能引起油料燃燒的危險(xiǎn)，故C正確。

答案 C

8.(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點(diǎn)間加高壓電源時(shí)，金屬管內(nèi)的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運(yùn)動(dòng)，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了。就此示意圖，下列說法正確的是( )

A.N接電源的正極B.M接電源的正極

C.電場(chǎng)強(qiáng)度EB>EAD.電場(chǎng)強(qiáng)度EBEA。

答案 AC

9.如圖所示，在玻璃管中心軸上安裝一根直導(dǎo)線，玻璃管外繞有線圈，直導(dǎo)線的一端和線圈的一端分別跟感應(yīng)圈的兩放電柱相連，開始，感應(yīng)圈未接通電源，點(diǎn)燃蚊香，讓煙通過玻璃管冒出。當(dāng)感應(yīng)圈電源接通時(shí)，玻璃管中的導(dǎo)線和管外線圈間就會(huì)加上高電壓，立即可以看到，不再有煙從玻璃管中冒出來了，過一會(huì)兒還可以看到管壁吸附了一層煙塵。請(qǐng)說明這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

解析當(dāng)感應(yīng)圈電源接通時(shí)，玻璃管中的導(dǎo)線和管外線圈間就會(huì)加上高電壓，形成強(qiáng)電場(chǎng)。含塵氣體經(jīng)過靜電場(chǎng)時(shí)被電離，塵粒與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電，在強(qiáng)電場(chǎng)中受靜電力作用偏轉(zhuǎn)后被吸附在帶正電的管壁上。

答案見解析

核心素養(yǎng)
物理觀念
科學(xué)思維
科學(xué)探究
1.了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用的幾個(gè)常見實(shí)例。

2.了解靜電的危害及防護(hù)方法。
分析討論靜電在激光打印、靜電噴涂、靜電除塵中的應(yīng)用。
通過靜電現(xiàn)象的利用和防護(hù)，增強(qiáng)安全利用靜電的意識(shí)

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