高中物理 第1章 靜電與靜電場 第4節(jié) 趨利避害-靜電的利用與防止教師用書 魯科版選修1-1

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第4節(jié)　趨利避害——靜電的利用與防止 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.知道靜電對日常生活、生產有利也有弊． 2.通過實例，了解在生產和生活中靜電的利用與防止. 1.靜電的利用和防止．(重點) 2.避雷針原理．(難點) 靜電的利用 1.基本知識 (1)靜電復印、靜電除塵、靜電噴漆、靜電植絨、靜電噴藥等都是靜電的應用． (2)靜電處理的種子抗病能力強，且發(fā)芽率高；經過靜電處理的水，既能殺菌又不易起水垢． 2．探究交流 靜電應用的原理是什么？ 【提示】　同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，利用靜電力控制帶電粒子的運動或分布. 靜電的防止 1.基本知識 (1)方法：將靜電荷導走或靜電屏蔽． (2)實例 ①在印染廠里，棉紗、毛線、化學纖維上的靜電會吸引空氣中的塵埃，使印染質量下降．人們常常采用濕度調節(jié)來解決這一問題．設法使車間里保持一定濕度，讓電荷隨時放出，便可以消除靜電危害． ②雷電這一靜電現(xiàn)象常常會造成巨大的自然災害，為了避免雷電的危害，通常使用避雷針．避雷針的尖端安裝在建筑物的頂部，并通過金屬線與埋在地下的金屬板相連．遇到雷雨時，云層上的大量靜電由避雷針直接導入地下，同時，避雷針的尖端向空中放電，也中和了云層中的部分電荷，這樣就避免了建筑物遭受雷擊． ③在生產和科研中，電磁儀器常會因外界電場干擾而無法正常工作．針對這一類現(xiàn)象，人們常采用靜電屏蔽的方法，把這些設備置于接地的封閉(或近似封閉)金屬罩中． 2．探究交流 為什么飛機加油時加油車和飛機之間用一根金屬導線相連且接地？ 【提示】　因為飛機降落時輪胎和地之間摩擦產生靜電，若不及時導走，飛機就會通過與它接觸的物體放電，產生電火花，引起火災．所以要在加油車和飛機之間用一根金屬導線相連且接地，把飛機上的電荷及時導走，防止意外放電. 放電現(xiàn)象 【問題導思】　 1．橋車尾部拖著一長條橡膠帶，有什么用途？ 【提示】　將車體的靜電荷導入大地． 2．常見的放電現(xiàn)象有哪幾種？ 【提示】　火花放電、接地放電、雷電、尖端放電． 1．放電產生的原因 空氣中存在少量的自由電子，當導體上聚集的電荷很多時，會在周圍空間產生強電場，空氣中的自由電子很快被加速到較大的速度和空氣中的分子進行碰撞，使空氣中的分子電離，這樣，在很短時間內空氣中會產生大量的自由電荷，形成強烈的放電現(xiàn)象． 2．幾種常見的放電現(xiàn)象 (1)火花放電 當電荷在物體上大量積累時，在物體周圍會產生很強的電場．如果電場足夠強，原來是絕緣體的空氣被強電場擊穿變?yōu)閷w，這一現(xiàn)象稱為空氣的電離．強大的電流通過電離的空氣時發(fā)聲、發(fā)光、產生電火花并放出大量的熱，這就是火花放電現(xiàn)象． ①云層與云層之間或云層與地面之間產生的閃電、雷鳴是火花放電現(xiàn)象． ②在干燥的空氣中脫掉化纖衣服時，會看到火花，并聽到劈啪聲，這也是火花放電現(xiàn)象． ③實驗室中感應起電機兩個導電桿之間產生電火花，也是火花放電現(xiàn)象． (2)接地放電 用導線把帶電體與大地連接起來，從而使帶電體上的電荷導入大地．這就是接地放電現(xiàn)象． ①油罐車尾部拖一鐵鏈，把車上的電荷導入大地． ②飛機降落時，它與空氣摩擦產生的靜電通過導電橡膠輪胎導入大地． ③計算機房和大型電話交換機房的地板要用導電良好的材料制成，以防止靜電的積累． (3)雷電 當云層間(或云層與地面間)積累大量的電荷時，空氣被電離，發(fā)生放電，產生強大的電流，從而產生耀眼的閃光和巨響，這就是電閃和雷鳴． (4)尖端放電現(xiàn)象 導體的尖端部位特別容易積累電荷，這使尖端附近的空氣中的電場特別強，從而發(fā)生尖端放電． ①高壓輸電設備的部件，其表面做得很光滑，就是為了避免因尖端放電而造成電能損失或事故． ②避雷針也應用了尖端放電原理．避雷針上的電荷通過針尖放出，逐漸中和云層中的電荷，保護建筑物免遭雷擊．原理如圖141所示． 圖141 　避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是(　　) A．云層中帶的電荷被避雷針通過導線導入大地 B．避雷針的尖端向云層放電，中和了云層中的電荷 C．云層與避雷針發(fā)生摩擦，避雷針上產生的電荷被導入大地 D．以上說法都不對 【解析】　遇到雷雨時，云層上的大量靜電由避雷針直接導入地下；同時避雷針的尖端向空中放電，也中和了云層中的部分電荷，從而避免建筑物遭受雷擊． 【答案】　AB 1．下列措施中，屬于通過放電防止靜電危害的是(　　) A．運送汽油的油罐車后有一條拖在地面上的鐵鏈 B．轎車頂部有一根露在外面的天線 C．印染車間總保持適當?shù)臐穸? D．鋪在房間的地毯中夾雜著0.05 mm的不銹鋼絲導電纖維 【解析】　油罐車后拖在地面上的鐵鏈，可將車廂中由于摩擦等原因產生的靜電及時導入大地，避免電荷越積越多，從而避免產生劇烈的高壓放電使油罐車起火爆炸，故A正確． 轎車頂部的天線是用來接收無線電信號的，如果不露在外面而置于車內，則天線處于金屬外殼包圍中，無法接收或影響無線電信號的接收效果，故B錯誤． 印染車間保持適當?shù)臐穸?，可以將由于摩擦等原因產生的靜電及時散失，避免影響印染質量，故C正確． 地毯中夾雜導電纖維同樣是為了及時導走由于摩擦等原因產生的靜電，故D正確．選A、C、D. 【答案】　ACD 靜電的產生、防止和利用 【問題導思】　 1．在什么情況下易產生靜電？ 【提示】　兩個絕緣體相互摩擦． 2．靜電在生產、生活中只能產生危害而無利用價值嗎？ 【提示】　不是． 1．靜電的產生 兩種不同的物體相互摩擦可以起電，甚至干燥的空氣與衣物摩擦也會起電．摩擦起的電在能導電的物體上可迅速流失，而在不導電的絕緣體如化纖、毛織物等物體上就不會流失而形成靜電，并聚集起來，當達到一定的電壓時就產生放電現(xiàn)象，產生火花并發(fā)出聲響． 2．靜電的危害 (1)印刷廠里，紙頁之間的摩擦起電，會使紙頁粘在一起難以分開，給印刷帶來麻煩． (2)印染廠里棉紗、毛線、人造纖維上的靜電，會吸引空氣中的塵埃，使印染質量下降． (3)在制藥生產中，由于靜電吸引塵埃，會使藥品達不到標準的純度． (4)在電子計算機的機房中，人體帶電可能妨礙電子計算機正常運行． (5)在家庭中，帶靜電很多的人從電視機旁走過，會給電視的圖像和聲音帶來干擾． (6)靜電荷積累到一定程度，會產生火花放電，在地毯上行走的人，與地毯摩擦而帶的靜電如果足夠多，他伸手去拉金屬門把手時，手與金屬把手間會產生火花放電，嚴重時會使他痙攣． 3．靜電的防止 基本方法是盡快把產生的靜電導走，避免越積越多．具體措施則多種多樣：油罐車靠一條拖在地上的鐵鏈把靜電導走；飛機機輪上通常裝有搭地線，也有用導電橡膠做機輪輪胎的，著陸時它們可將機身的靜電導入地下；在地毯中夾雜0.05～0.07毫米的不銹鋼絲導電纖維，消除靜電的效果很好；在印染廠中保持適當?shù)臐穸?，潮濕的空氣可使靜電電荷很快消失． 4．靜電的應用 靜電也可以被人們利用．目前，靜電的應用已有多種，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復印等方面．但依據的物理原理幾乎都是讓帶電的物質微粒在靜電力作用下奔向并吸附到電極上． 　如圖142所示是靜電除塵裝置的示意圖，它由金屬管A和管中金屬絲B組成，有關靜電除塵的原理，以下說法正確的是(　　) 圖142 A．A接高壓電源負極，B接高壓電源正極 B．煤粉等煙塵吸附電子后被吸在B上 C．靠近B處電場強度大，B附近空氣被電離成陽離子和電子 D．煤粉等煙塵在強大電場作用下電離成陰、陽離子，分別吸附在B和A上 【解析】　除塵器圓筒的外壁連接在高壓電源的正極，中間的金屬絲連接到高壓電源的負極，靠近金屬絲的氣體在強電場作用下，電離成陽離子和電子，電子飛向筒壁的過程中，附著在煤粉上，使煤粉飛向筒壁，最后在重力作用下落至筒底，故C正確，A、B、D均錯誤． 【答案】　C 2．靜電噴涂機原理如圖143所示．靜電噴涂機接高壓電源，工作時涂料微粒會向帶正電的被噴涂工件高速運動，微粒最后被吸附到工件表面．關于靜電噴涂機的涂料微粒，下列表述正確的有(　　) 圖143 A．微粒帶正電 B．微粒帶負電 C．微?？赡軒д?，也可能帶負電 D．微粒受電場力作用 【答案】　BD 【備課資源】(教師用書獨具) 尚未握手已出“火花” 許多人都有過以上經歷，握手時，指尖接觸時或者手接觸到金屬物體時，有“觸電”的刺痛感；早晨梳頭時越梳越亂，甚至“怒發(fā)沖冠”；晚上脫衣服時，會伴著藍色閃光和“啪啪”響聲等等，這些都是靜電現(xiàn)象．當感覺到電擊時，人身上的靜電電壓已超過2 000 V；當看到放電火花時，身上的靜電電壓已經超過3 000 V，這時手指會有針刺般的痛感；當聽到放電的“啪啪”聲音時，身上的靜電電壓已高達7 000～8 000V，醫(yī)學專家說，持久的靜電會使人體血液的堿性升高，血鈣減少，尿中鈣排泄量增加，對于血鈣水平低的患者十分不利，尤其對有心血管系統(tǒng)疾病的老年人來說，靜電更易使其病情加重或誘發(fā)早搏，從中醫(yī)角度來說，人體靜電太強，是體內隱藏某種病癥的先兆，不能不防． 1．電視機的熒光屏表面經常有很多灰塵，這主要是因為(　　) A．熒光屏具有吸附灰塵的能力 B．房間內灰塵的自然堆積 C．電視機工作時，熒光屏表面溫度過高 D．電視機工作時，熒光屏表面有靜電 【解析】　電視機工作時，熒光屏的表面有靜電，會吸引灰塵顆粒，故選項D正確． 【答案】　D 2．在編織某種地毯時，常在編織過程中夾雜一些不銹鋼絲，這是因為(　　) A．使地毯更好看 B．使地毯更耐用 C．使地毯更善于傳熱 D．釋放靜電，使地毯不易沾上灰塵 【解析】　在地毯中夾雜一些良導體不銹鋼絲是為了及時將地毯上積累的靜電導走，以防有靜電吸附灰塵等不利現(xiàn)象產生，選項D正確． 【答案】　D 3．高壓電氣設備的金屬元件，表面要很光滑，這樣做的目的是(　　) A．為了美觀 B．為了減少與外界的接觸面積 C．為了避免尖端放電 D．為了減小和外界的摩擦 【答案】　C 4．靜電在各種產業(yè)和日常生活中有著重要的應用，如靜電除塵、靜電復印等，所依據的基本原理幾乎都是讓帶電的物質微粒在電場作用下奔向并吸附到電極上．現(xiàn)有三個粒子a、b、c從P點向下射入由正、負電荷產生的電場中，它們的運動軌跡如圖144所示，則(　　) 【導學號：31870009】 圖144 A．a帶負電荷，b帶正電荷，c不帶電荷 B．a帶正電荷，b不帶電荷，c帶負電荷 C．a帶負電荷，b不帶電荷，c帶正電荷 D．a帶正電荷，b帶負電荷，c不帶電荷 【解析】　根據“同種電荷相排斥，異種電荷相吸引”判斷．正確選項應為B. 【答案】　B 學業(yè)達標測評(四) (建議用時：45分鐘) 1．下列措施是為了防止靜電產生危害的是(　　) A．靜電復印 B．靜電噴漆 C．在高大的建筑物頂端裝上避雷針 D．在高大的煙囪中安裝靜電除塵器 【解析】　靜電復印、靜電噴漆、靜電除塵均是靜電的利用，在高大的建筑物頂端裝上避雷針是防止靜電產生危害，故本題應選C. 【答案】　C 2．身穿化纖衣服的人在晚上脫衣服時，會看到電火花，并伴有“叭叭”的響聲，其原因是(　　) A．由于化纖衣物間的摩擦產生了靜電 B．人體本身帶電 C．空氣帶電，在衣服上產生放電現(xiàn)象 D．以上說法都不正確 【解析】　正常情況下，物體(包括氣體物質)都是電中性的，人體、空氣本身不可能帶電，故B、C錯誤．晚上脫衣服時，衣物間的摩擦產生靜電，積聚的大量電荷導致火花放電，故A正確． 【答案】　A 3．關于避雷針的原理的說法正確的是(　　) A．通過使用絕緣材料，防止雷電擊中建筑物 B．避雷針實際上是將雷電提前引下來，為了達到快速的目的，避雷針與空氣的接觸面積越大越好 C．避雷針利用尖端放電原理，置于建筑物頂端，提前將雷電引入地下 D．避雷針利用靜電平衡，平衡天空帶電的云層 【解析】　避雷針所起的作用是導走云層中的靜電荷，為了容易產生放電現(xiàn)象，一般做成比較尖的，并且需要接地良好，所以選項A、B均錯誤，其原理也不是靜電平衡，選項D錯誤． 【答案】　C 4．為了防止靜電的危害，應盡快把產生的靜電導走，下面措施中不是防止靜電危害的是(　　) A．油罐車后面裝一條拖地的鐵鏈 B．電工鉗柄上套有絕緣膠套 C．飛機輪上裝搭地線 D．印刷車間中保持適當?shù)臐穸? 【解析】　防止靜電危害是不讓其產生火花、高壓，而鉗柄上的絕緣膠套是防止操作時觸電的，而不是防止靜電的． 【答案】　B 5．人造纖維比棉纖維容易沾上灰塵，其原因是(　　) A．人造纖維的導電性好，容易吸引灰塵 B．人造纖維的導電性好，容易導走靜電，留下灰塵 C．人造纖維的絕緣性好，不易除掉灰塵 D．人造纖維的絕緣性好，容易積累靜電，吸引灰塵 【解析】　人在工作和生活中，由于衣服的摩擦等原因要產生靜電，帶電物體能夠吸引輕小物體，灰塵容易吸附到衣物上．人造纖維比棉纖維的絕緣性能強，更容易積累靜電荷，因此更容易吸引灰塵． 【答案】　D 6．如圖145所示，空心導體上方有一靠近的帶有正電的帶電體．當一個重力不計的正電荷以速度v水平飛入空心導體內時，電荷將做(　　) 【導學號：31870010】 圖145 A．向上偏轉的類平拋運動 B．向下偏轉的類平拋運動 C．勻速直線運動 D．變速直線運動 【解析】　電荷如何運動，由電荷的受力決定，而電荷的重力不計，則只需考慮電荷是否受電場力．根據電場中導體的特點，即可判斷． 空心導體處在帶正電的帶電體附近，根據電場中導體的特點，空心導體起到了靜電屏蔽的作用，使得內部電場強度為零，電荷不受電場力的作用，所以做勻速直線運動，C選項正確． 【答案】　C 7．滾筒式靜電分選器由料斗A、導板B、導體滾筒C、刮板D、料槽E、F和放電針G等部件組成．C與G分別接于直流高壓電源的正、負極，并令C接地．如圖146所示，電源電壓很高，足以使放電針G附近的空氣發(fā)生電離而產生大量離子．現(xiàn)有導電性能不同的兩種物質粉粒a、b的混合物從料斗A下落，沿導板B到達轉動的滾筒C上，粉粒a具有良好的導電性，粉粒b具有良好的絕緣性．下列說法正確的是(　　) 圖146 A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽E B．粉粒b落入料槽F，粉粒a落入料槽E C．若滾筒C不接地而放電針G接地，從工作原理上看，這是允許的 D．若滾筒C不接地而放電針G接地，從工業(yè)實用角度看，這也是允許的 【解析】　因為C和G分別接在高壓電源的正、負極上，放電針G附近形成很強的電場，使放電針G附近的空氣電離而產生大量離子，其中的負離子在奔向正極C的過程中被吸附到粉粒a、b上，a、b因吸附負離子而帶負電，被吸引到帶正電的滾筒C上，因a具有良好的導電性，a所帶電荷被C上的正電荷中和并最終帶上和C相同的電荷而被C排斥，落入料槽F；粉粒b因具有良好的絕緣性所帶負電荷不會被中和，和C相互吸引被吸引到滾筒C上，直到D處被刮板刮落而落入料槽E中，故A正確，B錯．若滾筒C不接地而放電針G接地，同樣能使放電針附近空氣電離，從工作原理上看，這是允許的，但滾筒C不接地具有高壓，不安全，從工業(yè)實用角度看，這是不允許的，故C正確，D錯． 【答案】　AC 8．盛放在油罐車內的石油產品，振蕩時可產生靜電，容易引起火災，所以油罐車尾部有一條拖地的鐵鏈，這是利用了鐵具有________的性質． 【解析】　鐵鏈具有良好的導電性，能把由于振蕩產生的靜電導入大地，從而防止火災等危險情況的發(fā)生． 【答案】　良好的導電性 9．在干燥的天氣里，脫毛衣時會聽到噼里啪啦的響聲，還會伴有點點火花，若用手接觸金屬常常被電擊，你能用所學過的知識來解釋這一現(xiàn)象嗎？ 【解析】　由于在脫毛衣時，物體與物體之間發(fā)生摩擦，使物體帶了電，即摩擦起電，所以電荷在發(fā)生中和時就發(fā)出了噼里啪啦的聲音．在用手和金屬接觸時發(fā)生了放電的現(xiàn)象，所以有被電擊的情況． 【答案】　在脫毛衣時，物體與物體之間發(fā)生摩擦，使物體帶了電，用手和金屬接觸時發(fā)生了放電的現(xiàn)象，所以有被電擊的情況 10．在干燥的環(huán)境里，復印機工作時常因出現(xiàn)復印紙粘在一起影響復印質量．可用什么方法防止紙粘在一起？試說明理由． 【解析】　復印紙粘在一起，是因為互相摩擦而產生了靜電荷，由于正負電荷互相吸引，使復印紙不易分開．增大空氣的濕度，可防止紙粘在一起．因為空氣濕度大時，不易產生摩擦起電現(xiàn)象；產生的一些靜電荷也容易泄漏而消失，所以復印紙就容易分開了． 【答案】　見解析 11．工廠在加工完金屬工件后，需要給工件噴防銹漆．工人把金屬工件、噴槍分別接在高壓直流電源的兩極上，為什么這樣做？ 【解析】　噴槍接電源的一極，從中噴出的漆便帶上了一種電荷，由于同種電荷相互排斥，形成分布均勻的霧狀漆，噴槍與工件之間還會形成電場，細小的帶電漆珠在電場力作用下向帶異種電荷的工件運動，并吸附在工件表面完成噴漆，靜電噴漆因噴出的漆分布均勻，故能有效提高噴漆的質量和效率，并減少對工人的危害． 【答案】　見解析 12．靜電的危害很多．它的第一種危害來源于帶電體的互相作用．在飛機機體與空氣、水汽、灰塵等微粒摩擦時會使飛機帶電，如果不采取措施，將會嚴重干擾飛機無線電設備的正常工作，使飛機變成“聾子”或“瞎子”；在印刷廠里，紙頁之間的靜電，會使紙頁粘合在一起，難以分開，給印刷帶來麻煩；在制藥廠里，由于靜電吸引塵埃，會使藥品達不到標準的純度；在電視機工作時熒光屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污，形成一層塵埃薄膜，使圖像的清晰程度和亮度降低；就連衣服上常見而又不易拍掉的灰塵，也是靜電搗的鬼．靜電的第二大危害是有可能因靜電火花點燃某些易燃物品而發(fā)生爆炸．漆黑的夜晚，我們脫尼龍、毛料衣服時，會發(fā)出火花和“噼啪”的響聲，這對人體基本無害．但在手術臺上，靜電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人．在煤礦中，則會引起瓦斯爆炸，導致工人死傷，礦井報廢． 存在可燃氣體的環(huán)境中防止靜電常采用哪些措施？ 【解析】　措施一：做靜電實驗時，通常要求空氣干燥，潮濕的環(huán)境則難以做成，所以使存在可燃氣體的環(huán)境中的空氣變得潮濕，可防止靜電． 措施二：地球是一個大的導體，通常有些電器都有接地線．將在可燃氣體環(huán)境中能產生靜電的裝備都接上接地線，將產生的靜電導入大地，可防止靜電． 【答案】　見解析