课件9张PPT。第5节 静电的利用与防护 一、静电的利用
【思考】
在电脑上搜索出的材料,通过激光打印机瞬间打印出来,大大方便了我们的生活,激光打印机是利用了静电,那生产、生活中还有哪些利用静电的呢?
提示:静电除尘、静电喷漆、静电喷药、静电育种等。 1.静电_____、静电_____、静电_____、静电_____、
静电_____都是静电的应用。
2.静电处理的种子___________、_________;利用静电
处理的水,既能_____,又能_________。复印除尘喷漆植绒喷药抗病能力强发芽率高杀菌减少水垢二、静电的防护
【思考】
静电除了可以为我们利用之外,也会对我们生产、生活造成危害,我们如何遏止其产生的危害呢?
提示:及时将其产生的静电导走或屏蔽。1.基本方法:将静电荷_____或_________。
2.实例分析:
(1)在印染厂里,棉纱、毛线、化学纤维上的静电会
_____空气中的尘埃,使印染质量下降。人们常常采用
_________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。导走静电屏蔽吸引湿度调节(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_______。避雷针的尖端
安装在建筑物的_____,并通过_______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_________,同时,避雷针的尖端向空中_____,也中和
了云层中的_________,这样就避免了建筑物遭受雷击。避雷针顶部金属线导入地下放电部分电荷(3)在生产和科研中,电磁仪器常会因_________干扰
而无法正常工作。针对这一类现象,人们常采用
_________的方法,把这些设备置于接地的封闭(或近
似封闭)金属罩中。外界电场静电屏蔽三、静电平衡
导体在电场中发生静电感应现象,感应电荷的电场与原
电场叠加,使导体内各点合场强______。等于0温馨提示：
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关键能力·素养形成
一 静电的利用方式
1.静电除尘的工作原理:
(1)接高压电源负极的金属丝悬挂于接电源正极的金属筒中,当电压达到一定值时,金属丝与筒之间会形成很强的电场,使空气电离,大部分烟雾颗粒或粉尘在吸附电离后的负电荷后,在电场力的作用下向金属筒运动,并粘于金属筒上。
(2)当尘埃积累到一定程度时,下落至灰尘收集器,而通过除尘后的净化空气从出口排出。
2.静电喷漆的工作原理:将喷枪和待喷漆的工件分别接于高压直流电源的两极,从喷枪喷出的漆便带上了一种电荷,由于同种电荷相互排斥的作用,形成了大团的雾状漆。这些带电的细小漆珠在电场力的作用下非常准确地向带有另一种电荷的工件奔去,牢固地粘附在工件的表面,完成喷漆。
3.静电复印机的工作原理:
(1)复印机内有一重要部件——硒鼓,它是金属制成的圆筒,其上镀着一层硒。预先充电,使硒鼓带正电,当光照射到硒鼓时,静电层才导电。
(2)把准备复印的文件放在复印机玻璃板上,文件的影像会聚焦在硒鼓上。硒鼓上的正电荷因光的照射而被带走,没有光照射的地方则保留正电荷,在硒鼓上形成原文件影像的静电图样。
(3)将带负电的黑色着色粉撒在硒鼓上,色粉只吸附在带电区。当纸张压过带电圆筒时,色粉可粘在纸上,加热后,纸上便留下永久的影像,最后被送出来。
【思考·讨论】
在经典应用的事例中,其依据的原理是什么? (物理观念)
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。
【典例示范】
如图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 ( )
A.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】选C。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。
【素养训练】
1.下列现象中不属于静电技术应用的是 ( )
A.煤矿“瓦斯”爆炸 B.静电喷涂
C.静电除尘 D.静电复印
【解析】选A。矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应(也叫链锁反应)。瓦斯爆炸就其本质来说,是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应,故A错误;喷枪喷出的油漆微粒带正电,因相互排斥而散开,形成雾状,被喷涂的物体带负电,对雾状油漆产生引力,把油漆吸到表面,属于静电应用,故B正确;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,颗粒向电源正极运动,属于静电应用,故C正确;静电复印是利用异种电荷相互吸引而使碳粉吸附在纸上,属于静电应用,故D正确;本题要求选不属于静电技术应用的,故选A。
2.(多选)静电喷涂机原理如图所示。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 ( )
A.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
【解析】选B、D。涂料微粒在电场力的作用下运动至被喷涂工件处,被喷涂工件带正电,所以涂料微粒必带负电,A、C错误,B正确;微粒是在电场力的作用下运动,D正确。
【补偿训练】
(多选)习近平总书记在十九大报告中指出:“像对待生命一样对待生态环境”,国家对于高排放企业会持续加大治理力度。目前很多企业采用静电除尘器用于尘埃排放的处理,除尘机理示意图如图。尘埃在电场中通过某种机制带电,在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的。下列表述正确的是( )
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
【解析】选B、D。尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积,说明尘埃带负电,A错误;由于集尘极与电源的正极连接,电场方向由集尘极指向放电极,B正确;负电荷在电场中受电场力的方向与电场方向相反,C错误;根据F=Eq可得,同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大,故D正确。
二 静电的防护措施
1.防止静电的危害应遵守的原则和采取的方法:
基本原则:控制静电的产生,把产生的静电迅速引走以避免静电的积累。控制可以减少因摩擦而产生的静电。
方法:接地放电、增加湿度、非导电材料的抗静电处理等。
2.静电的防止——放电:
(1)火花放电:
当电荷在物体上大量聚集时,在物体周围会产生电场,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。
②在干燥的空气中脱掉化纤衣服时,会看到火花,并听到噼啪声。
③实验室中感应起电机两个导电杆之间产生电火花。
(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,以减少静电的积累。
【思考·讨论】
运油车的尾部会有一条长长的铁链延伸到地面,这么做的原因是什么? (科学态度与责任)
提示:将车体摩擦过程中产生的电荷及时导入大地。
【典例示范】
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】选D。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。
【素养训练】
1.(多选)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】选A、B。 遇到雷雨时,云层上的大量电荷由避雷针直接导入大地;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。
2.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】选D。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。
【补偿训练】
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
【解析】选C。导体外表面,越尖锐的位置电荷的密度越大,越容易发生尖端放电,为避免尖端放电,高压设备表面很光滑。
【拓展例题】考查内容:静电屏蔽的应用
【典例】电业工人创造了具有世界先进水平的超高压带电作业法。利用特殊工作服,保持体内处于安全状态,试问:
(1)超高压输电线周围存在强电场,人靠近输电线时,人体会有什么现象发生?
(2)工人带电作业时穿着由金属丝和棉纱织成的均压服,有什么作用?
【解析】(1)人体靠近高压输电线周围的强电场时,由于静电感应,人体内的自由电荷重新分布,瞬时间负电荷向E的反方向运动,形成了瞬时电流;
(2)由金属丝和棉纱织成的均压服可以起到静电屏蔽的作用,从而使人体处于静电平衡状态。
答案:(1)人体靠近高压输电线周围的强电场时,由于静电感应,人体内的自由电荷重新分布,瞬时间负电荷向E的反方向运动,形成了瞬时电流;
(2)由金属丝和棉纱织成的均压服可以起到静电屏蔽的作用;从而使人体处于静电平衡状态。
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课堂检测·素养达标
1.下列图片显示的技术中,属于防范静电危害的是 ( )
【解析】选D。复印机复印文件资料,就是利用静电墨粉吸附在鼓上,故A属于静电的利用; 静电喷涂是利用异种电荷间的吸引力来工作的,故B属于静电的利用; 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,颗粒向电源正极运动,故C属于静电应用; 下雨天,云层打雷带电,往往在屋顶安装避雷针,是为了导走静电,防止触电,D属于静电防范。
2.下列哪些做法不属于防止静电危害的措施 ( )
A.印刷厂保持适当的湿度
B.油罐车运油时要装上一条拖地的金属链
C.在地毯中夹杂0.05～0.07 mm的不锈钢丝导电纤维
D.小汽车的顶部露出一根小金属杆
【解析】选D。印刷车间中,纸张间摩擦产生大量静电,所以印刷车间中保持适当的湿度,及时把静电导走,避免静电造成的危害,属于防止静电危害,故A不符合题意;油罐车在运输过程中,油和罐之间不断摩擦,从而产生大量的静电,通过后面装一条拖地的金属链,及时将静电导走,属于防止静电危害,故B不符合题意;不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷传到大地上,以免发生静电危害,属于防止静电危害,故C不符合题意;小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线,接收无线电信号用,不属于防止静电危害,故D符合题意。本题选不属于防止静电危害的,故选D。
3.下列用电器中,利用静电的吸附作用进行工作的是 ( )
A.电话机 B.电冰箱 C.复印机 D.电饭煲
【解析】选C。电话是利用电磁波传递信息,利用了电流的磁效应工作,故A错误;电冰箱是利用物态变化时的吸热和放热原理制冷的,故B错误;复印机复印文件资料,就是利用静电墨粉吸附在鼓上,故C正确;电饭煲是利用了电流的热效应来加热的,故D错误。
4.如图所示,金属板M接高压电源的正极,金属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B,其中A为尖头,B为圆头。逐渐升高电源电压,当电压达到一定值时,可看到放电现象。先产生放电现象的是________(选填“A”或“B”),这种放电现象叫作________放电。 ?
【解析】根据导体表面电荷分布与尖锐程度有关可知,A金属柱尖端电荷密集,容易发生尖端放电现象,这种放电现象叫作尖端放电。
答案:A 尖端
情境:家用燃气灶是家庭必备,在燃气灶上常常安装电子点火器,用电池接通电子线路产生高压,通过高压放电的电火花来点燃气体。
问题:点火器的放电电极为什么做成针尖状而不是圆头状?
【解析】尖端电荷容易聚集,点火器需要瞬间高压放电,自然要形成高电荷密度区,故安装的电子点火器往往把放电电极做成针尖状。
答案:见解析
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课时素养评价 五
静电的利用与防护
(15分钟·28分)
选择题(本题共4小题,每题7分,共28分)
1.西汉著作《淮南子》中记有“阴阳相薄为雷,激扬为电”,人们对雷电的认识已从雷公神话提升到普遍的阴阳作用。下列关于雷电的说法中错误的是( )
A.发生雷电的过程是放电过程
B.发生雷电的过程是电能向光能、内能等转化的过程
C.发生雷电的过程中,电荷的总量增加
D.避雷针利用尖端放电,避免建筑物遭受雷击
【解析】选C。雷电是天空中带异种电荷的乌云间的放电现象,A正确;根据能量转化可知,发生雷电的过程是电能向光能、内能等转化的过程,B正确;电荷不会产生,不会消失,只能从一个物体传到另一个物体,或从物体的一部分传到另一部分,总量不变,C错误;避雷针利用尖端放电,避免建筑物遭受雷击,D正确。
2.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是 ( )
A.铜丝编织的衣服不易拉破,所以用铜丝编织
B.电工被铜丝编织的衣服包裹,使体内电势保持为零,对人体起保护作用
C.电工被铜丝编织的衣服包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用
D.铜丝必须达到一定厚度,才能对人体起到保护作用
【解析】选C。作业服是用铜丝编织的,起到静电屏蔽作用,屏蔽服作用是在穿上后,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用,所以C正确,A、B、D错误。
3.静电喷涂是利用高压静电电场(电场可以类比于等量异种点电荷形成的电场)使带负电的涂料微粒向工件运动,并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法,其工作原理如图所示。忽略运动中涂料微粒间的相互作用和微粒的重力。下列说法中正确的是 ( )
A.涂料微粒在向被喷涂工件运动的轨迹中,在直线轨迹上电势升高最快
B.当静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离增大时,运动中的涂料微粒在同一点所受电场力增大
C.涂料微粒的运动轨迹仅由被喷涂工件与静电喷涂机之间所接的高压电源决定
D.在静电喷涂机水平向左移动的过程中,有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被固定的工件右侧P点(相对工件的距离不变)处,先经过的微粒其电势能较大
【解析】选A。涂料微粒在向被喷涂工件运动的轨迹中,直线的距离最小,结合公式U=Ed,在直线轨迹上电势升高最快,A正确;当增大静电喷涂机与被喷涂工件之间的距离时,电场强度会减小,因此微粒在同一点所受电场力减小,故B错误;微粒的运动轨迹与微粒的初速度等均有关系,故C错误;有两个带有相同电荷量的微粒先后经过被固定的工件右侧P点(相对工件的距离不变)处,先经过P点的微粒可能是路程小,可能是速度大,如果是速度大,则动能大,如果不考虑重力作用,则只有电场力做功,电势能与动能总量不变,故动能大的电势能小,故D错误。
4.最近,一则“女子自助加油静电起火点燃油枪”的视频被微信疯转,有关加油时静电起火,下列说法正确的是 ( )
A.加油时可以通过整理衣服导走静电
B.通过加油机接地的金属面板进行操作,不会导走身上的静电
C.加油前可以先通过洗手来消除静电
D.衣服上的静电产生方式属于接触起电
【解析】选C。加油时整理衣服,衣服与空气产生摩擦,不仅不会导走静电,还会产生更多的静电,故A错误;通过加油机接地的金属面板进行操作,会导走身上的静电,故B错误;加油前可以先通过洗手,相当于接地,可以消除静电,同时手比较湿润,也不会产生静电,故C正确;衣服上的静电产生方式属于摩擦起电,故D错误。故选C。
(10分钟·22分)
5.(7分)利用静电除尘可以大量减少排放烟气中的粉尘。图是静电除尘装置的示意图,烟气从管口M进入,从管口N排出,当A、B两端接直流高压电源后,在电场作用下管道内的空气分子被电离为电子和正离子,而粉尘在吸附了电子后最终附着在金属管壁上,从而达到减少排放烟气中粉尘的目的。根据上述原理,下面做法正确的是 ( )
A.A端接高压负极,B端接高压正极
B.A端接高压正极,B端接高压负极
C.A端、B端都接高压正极
D.A端、B端都接高压负极
【解析】选A。金属丝带负电,金属管壁带正电,粉尘在吸附了电子后最终附着在金属管壁上。
6.(7分)(多选) 下列属于预防静电危害做法的有 ( )
A.行驶中的油罐车尾部带一条拖地的铁链
B.利用静电现象制造静电喷涂机
C.在制造轮胎的橡胶中添加导电材料
D.水泥厂利用静电除去废气中的粉尘
【解析】选A、C。铁链的目的是将静电导入大地,属于静电的防止,故A正确;静电喷漆是静电的应用,故B错误;由于车的运动,轮胎和地面之间会产生静电,在制造轮胎的橡胶中添加导电材料可以及时地把产生的静电导走,所以C正确;静电除尘属于静电应用,故D错误。
7.(8分)由于人们行走时鞋子和地板摩擦产生静电,带电的离子会在地板表面对空气中的灰尘产生吸引,对于电脑机房,电子厂房等单位会造成一定的影响。防静电地板又叫作耗散静电地板,是一种地板,当它接地或连接到任何较低电势点时,使电荷能够耗散,在施工中,地板下面要铺设铝箔,铝箔要连接到地下预埋导体。下列关于防静电地板的说法正确的是 ( )
A.地板下面要铺设铝箔的作用是防潮
B.地板材料必须是绝缘体
C.地板必须是导电的,因为地板中含有导电纤维
D.只要地板下面铺设铝箔,地板材料无所谓绝缘体或导体
【解析】选C。在该情景中,地板在施工中,地板下面要铺设铝箔,铝箔要连接到地下预埋导体,就是要将地板上的静电导走,所以防静电地板必须是导电的,因为地板中含有导电纤维,这样才能将静电从地板下面要铺设的铝箔中导走。故选项C正确,A、B、D错误。
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