(共22张PPT)
第三节 静电的利用与防护
核心素养点击
物理观念 知道静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒等，了解尖端放电及其应用，认识静电的危害和防止的方法
科学思维 能应用静电场的知识分析静电在生产、生活实践中的应用和防护的问题
科学态度与责任 通过静电的应用，认识物理学在生活和科技方面的应用
一、静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒
1．填一填
(1)静电喷涂：利用_________使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上_______，并吸附于带_______的被涂物的涂装技术。
(2)静电除尘：利用电荷相互作用的性质，把带有_________的粉尘从烟气中分离出来，再分类处理的过程。
(3)静电复印：利用正、负电荷的吸引力进行_________的印刷方式。
(4)静电植绒：利用同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的性质，通过使绒毛带上________，令绒毛被吸引到_______的被植体表面上。
静电作用
负电荷
正电荷
不同电性
油墨转移
负电荷
带正电
2．判一判
(1)静电喷涂时，要使涂料微粒带上正电，被涂物体带上负电。 ( )
(2)静电除尘时，带负电的电子被吸附在尘埃颗粒上。 ( )
(3)在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大。 ( )
×
√
√
3．选一选
阴极射线管电视机的玻璃荧光屏表面经常有许多灰尘，这主要是因为 ( )
A．灰尘的自然堆积
B．电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘
C．玻璃有较强的吸附灰尘的能力
D．电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘
解析：灰尘的自然堆积，不是主要原因，故A错误；电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘，但不是主要原因，主要原因是屏表面有静电而吸附灰尘，故B、C错误，D正确。
答案：D
二、尖端放电 防止静电危害
1．填一填
(1)尖端放电。
①定义：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种电荷与放电针尖端的电荷______，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
②应用：________等。
(2)防止静电危害。
防止静电产生的措施：一是控制静电的产生，可以采用_________的设备材料；二是把_____________尽快导走，最简单的方法就是用导线把设备接地，这样可以把______导入大地，避免静电积累。
中和
避雷针
起电较少
产生的电荷
电荷
2．判一判
(1)避雷针可以通过尖端放电保护高大建筑物的安全。 ( )
(2)棉质含量高的衣服更容易产生静电。 ( )
(3)增加湿度是防止静电危害常用的方法。 ( )
3．想一想
如图，雷电现象在夏天常见，你知道是怎么回事吗？云层为什
么会带电？打雷是怎么回事？
提示：水蒸气在空间运动时，会因摩擦而使云层带电，打雷指的是两块带异种电荷的云之间如果有了足够大的电压就会产生剧烈的火花放电，产生几十万安培的瞬间电流。电流生热使空气发光，形成闪电；空气受热突然膨胀发出巨响，形成雷声。
√
√
×
探究(一) 静电除尘的原理和问题分析
[问题驱动]
静电除尘设备的构造如图所示。金属筒A和悬在圆筒中心的金属丝
B，A接高压电源正极，B接高压电源负极。
请你分析一下，静电除尘的原理是什么？
提示：A、B之间产生强电场，距B越近，场强越大，B附近的空气中的气体分子被电离，成为电子和正离子。正离子被吸引到B上，得到电子又成为分子；电子在向正极运动的过程中，附在尘埃上使烟气中的煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。
[多选]如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)，下列说法正确的是 ( )
A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功
解析：尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误。
答案：AB
[素养训练]
为清除烟气中的煤粉灰尘，可采用如图所示的静电除尘装置，它是由金属管A和在管中轴线上由重锤悬挂一根金属丝B组成，A接到高压电源正极，B接到高压电源负极，AB间将形成很强的电场，空气中的气体分子被强电场电离成电子和正离子，则 ( )
A．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电
B．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电
C．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电
D．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电
解析：电极截面如图所示，由电场线可判断越靠近B场强越强，
空气分子在B极附近更易被电离；粉尘吸附电子后带负电，因
此向正极A运动，故煤粉将被吸附到A极上，故选D。
答案：D
探究(二) 尖端放电和静电危害的防止
[问题驱动]
请观察建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计的，
分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，
并与同学讨论交流。
提示：在建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针一端以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。
[重难释解]
1．静电的危害
(1)影响产品的质量。
(2)妨碍电子器件的正常工作甚至损坏某些部件。
(3)由于火花放电而引起火灾或爆炸。
2．防止静电危害的基本方法
(1)把产生的静电迅速导走，以避免静电积累。
(2)通过工艺控制减少因摩擦产生的静电。
(3)静电接地，增加湿度，非导电材料的抗静电处理(在非导电材料中添加导电材料，制成抗静电材料)。
3．防止静电的实例
油罐车尾部常拖有一根铁链，它一端与油罐相连、一端拖在地上。在油罐车中因摩擦产生的静电就通过这根铁链及时导入大地，从而避免静电的积累。飞机的轮胎用导电橡胶制造，也是方便在着陆时把机身的静电引入大地。
[多选]一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上净电荷几乎不存在，这说明 ( )
A．小球上原有的负电荷逐渐消失了
B．在此现象中，电荷不守恒
C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D．该现象是由于电子的转移引起，仍然遵循电荷守恒定律
解析：根据电荷守恒定律，电荷不能消灭，也不能创生，只会发生转移，故A错误；此过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，只是被潮湿的空气导走而已，仍然遵循电荷守恒定律，故B错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，故C正确；该现象是潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移引起的，仍遵守电荷守恒定律，故D正确。
答案：CD
[素养训练]
1．[多选]下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走 ( )
A．飞机轮子上的搭地线 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：A、B项是把静电导走，C项是利用静电，D项电工钳柄上套有绝缘手套，是为了绝缘防止电工触电。
答案：AB
2．关于静电的利用和防范，以下说法正确的是 ( )
A．印染厂应保持环境干燥，避免静电积累带来的潜在危害
B．油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上， 避免产生电火花引起爆炸
C．飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚
D．手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉剂或氧气爆炸
解析：印染厂的车间，有大量静电产生，因此要保持潮湿，这样才能及时将静电导走，故A错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条接地的铁链就可以及时地把产生的静电导走，避免产生电火花引起爆炸，故B正确；飞机起落架的轮胎装有搭地线或用导电橡胶制成，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，故C错误；绝缘性能良好的化纤制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故D错误。
答案：B
一、培养创新意识和创新思维
1. 低碳环保是我们追求的生活方式。如图所示，是一个用来研究静电
除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离
子，当铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极
相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊
香产生的烟尘会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟尘又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是 ( )
A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大
解析：中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，电场强度越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误。
答案：B
二、注重学以致用和思维建模
2．下列应用与防护和尖端放电现象无关的是 ( )
A．一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑
B．一般马路表面建造的很平滑
C．夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D．一般高楼大厦顶部装有避雷针
解析：马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D项与尖端放电现象有关，故选B。
答案：B
3．[选自鲁科版教材课后习题][多选] 静电除尘器除尘原理如图所
示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的 作用下向收尘
极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是 ( )
A．带电尘埃带正电荷
B．电场方向由收尘极指向电晕极
C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
解析：由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电荷，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。
答案：BD课时跟踪检测（九） 静电的利用与防护
A组—重基础·体现综合
1．下列关于静电的说法中错误的是( )
A．静电植绒是利用异种电荷相互吸引而使绒毛吸附在底料上
B．复印机是利用异种电荷相互吸引而使碳粉吸附在纸上
C．电疗针灸是静电在医学上的应用
D．飞机轮胎用导电橡胶制成，是为了避免静电对飞机造成危害
解析：选C 静电植绒和复印机是利用异种电荷间的吸引力来工作的，属于静电的利用；飞机在飞行中与空气有摩擦，利用导电橡胶制成轮胎可以把静电导走；电疗针灸是利用经络学原理和生物电效应对人体进行保健和辅助治疗，故应选C。
2．下列措施中不是利用静电作业的是( )
A．静电复印 B．静电除尘
C．静电喷涂 D．高楼顶端安装避雷针
解析：选D 静电复印、静电除尘、静电喷涂属于静电应用；在高楼顶端安装避雷针属于防止静电造成危害，D属于静电的防止，不属于静电应用；故D符合题意。
3．下列措施是为了防止静电产生危害的是( )
A．在高大的建筑物顶端装上避雷针
B．静电复印
C．在高大的烟囱中安装静电除尘器
D．静电喷漆
解析：选A 在雷雨天气，由于静电的感应，在高大的建筑物顶端积累了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端安装避雷针可以把雷电引入地下，保护建筑物的安全，属于防止静电产生危害，故A正确；静电复印是利用静电现象将墨粉印在纸上，属于静电的应用，故B错误；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，烟雾颗粒向电源正极运动，属于静电应用，故C错误；静电喷漆采用静电作用给金属等物体喷上均匀的漆，故属于静电的应用，故D错误。
4．在流感的高发季节，医生常建议市民戴口罩。口罩中间的熔喷层是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于( )
A．静电屏蔽
B．尖端放电
C．静电感应和静电屏蔽
D．静电感应和静电吸附
解析：选D 由题意知，口罩中间的熔喷层是一种用绝缘材料做成的带有静电的超细纤维布，所以当几微米的病毒靠近时，由于静电感应而带电，从而被熔喷层吸附，无法透过，其工作原理是利用了静电感应和静电吸附，故选D。
5．雷雨天气假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是( )
①在大树下避雷雨 ②停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨 ③不要快速开摩托车、快骑自行车和在雨中狂奔 ④在空旷地带，最好关掉手机电源
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④
解析：选D 大树、山顶、山脊的凉亭、楼顶等地方是表面具有突出尖端的导体，可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电，故不能避雷雨；快速开摩托车、快骑自行车或在雨中狂奔，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象。所以选D。
6．人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，这是因为( )
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：选D 人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘是由于人造纤维易带电，使灰尘产生静电感应而被吸引。而易带电的原因是绝缘性好，不易导走静电而使电荷积累，所以D正确。
7．在燃气灶上常安装电子点火器，电子点火器的放电电极应该做成( )
A．圆头状 B．针尖状
C．方形 D．椭球形
解析：选B 导体越尖锐电荷越容易聚集，点火器需要瞬间高压放电，自然要高电荷密集区，故安装的电子点火器往往把放电电极做成针形，形成尖端放电，故B正确，A、C、D错误。
8．[多选]在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图所示，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐(金属)片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。则下列说法正确的是( )
A．锯条和金属片之间为匀强电场
B．锯条附近的电场强度最大
C．若锯条接电源负极，金属片接正极，当摇动起电机时，烟雾会向金属片移动
D．当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，当起电机停止摇动一段时间后，又会是烟雾缭绕
解析：选BCD 由于锯条和金属片形状不同，面积不等，且锯条上电荷分布不均匀，则锯条和金属片之间的电场不为匀强电场，故A错误；由于锯条上尖端部分比较多，聚集的电荷最多，则电场强度最大，故B正确；起电机产生高电压使锯条和金属片之间的电场将空气中的分子电离，电离出来的电子被烟尘颗粒吸附，俘获电子的烟尘颗粒带负电，容易被带正电的金属片吸引，故烟雾会向金属片移动，故C正确；当把起电机一摇，锯条和金属片之间形成电场，电离空气分子，使烟尘颗粒吸附电子后被带正电的金属片(或锯条)吸引，从而使塑料瓶清澈透明，当起电机停止摇动一段时间后，锯条和金属片上的电荷被中和，电场消失，则瓶中又会烟雾缭绕，故D正确，故选B、C、D。
组—重应用·体现创新
9．[多选]每到夏季，各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电。下列说法正确的是( )
A．不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头
B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备
C．固定电话和手提电话均可正常使用
D．在旷野，应远离树木和电线杆
解析：选ABD 表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。固定电话和手提电话的天线处有尖端，易引发尖端放电造成人体伤害，故不能使用，选项A、B、D正确，C错误。
10．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：选B 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。
11.[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>EA D．电场强度EB解析：选AC 电子附在煤粉上，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，N接电源正极，则其内部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处的电场强度比A处的电场强度大，即EB>EA，选项A、C正确。
12．[多选]滚筒式静电分选器由料斗A，导体板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分别接直流高压电源的正、负极，并令C接地，如图所示。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。现有导电性能相同而质量不同的两种物质颗粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导体板B到达转动着的滚筒C，已知颗粒a的质量较大，颗粒b的质量很小。下列说法正确的是( )
A．因为颗粒a、b的导电性能相同，所以都一定落入料槽E
B．因为颗粒a、b的导电性能相同，所以都一定落入料槽F
C．因为颗粒a的质量较大，所以a可能落入料槽F
D．因为颗粒b的质量较小，所以b可能落入料槽E
解析：选CD 通过分析可知放电针G附近的空气发生电离产生大量离子从而使颗粒a、b带电，但由于颗粒a的质量较大，滚筒C吸附力可能小于重力而直接落入料槽F，颗粒b的质量很小，滚筒C吸附力可能大于重力而被滚筒C吸附着一起转动到刮板D被刮入料槽E中，所以C、D正确。
13.在化学工业和食品工业生产中，液体和粉末通过管道传输时，由于与管壁摩擦而产生静电，它们长时间地保存着大量的电荷，与管壁间的电压可高达几万伏，如果突然发生放电，就会产生电火花而引发火灾。我们用如图所示的模拟装置对上述过程进行研究。在该装置中，用聚苯乙烯小球模拟管道中流动的粉末上电荷积累的情况，本装置还可用来研究如下的可能因素对电荷积累多少的影响，这些可能因素是：小球的速度，管道的长度，在贮存筒中搅动小球，把导电的添加剂与小球混合等。
(1)简述该装置的工作原理。
(2)设计一个方案，研究小球上电荷的积累与小球速度的定性关系。
(3)在实际生产中，为减少管道传输中由于静电积累而引起火花的危险，你有什么建议吗？
(4)实际传输时，由于金属导管深入金属贮存筒内，导管与筒、带电的粉末和液体与筒之间也会有因高电压而产生电火花的危险，这个问题如何解决？
解析：(1)聚苯乙烯是不良导体，用它做成的小球在沿导管下落时由于摩擦而带电，小球进入金属贮存筒使筒也带上电荷，静电计指针就张开，可以从指针张开的角度来了解小球积累电荷的多少。
(2)保证其他条件不变的情况下，控制小球用不同的速度通过金属导管进入金属贮存筒内，分别观察记录速度不同时静电计指针张开的角度，通过比较速度和指针张开角度的大小来确定关系。
(3)①在保证完成生产任务的前提下尽量减小小球的流动速度。②在保证将小球输送到金属贮存筒的前提下尽量缩短金属导管的长度。③减少搅拌次数。④将导电添加剂与小球混合并搅拌均匀。
(4)把导管与贮存筒用金属导线连接起来，并把贮存筒接地。
答案：(1)见解析 (2)见解析 (3)见解析 (4)把导管与贮存筒用金属导线连接起来，并把贮存筒接地
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