2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：1.5 静电的利用与防护67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。那么生产、生活中还有哪些利用静电的实例呢?
提示:静电除尘、静电喷漆、静电喷药、静电育种等。
1.静电_____、静电_____、激光打印都是静电的应用。
2.静电处理的种子___________、_________;利用静电处理的水,既能_____,
又能_________;静电放电产生的臭氧是强氧化剂,有很强的杀菌作用。
除尘
喷漆
抗病能力强
发芽率高
杀菌
减少水垢
二、静电的防护
1.基本方法:将静电荷_____或_________。
2.实例分析:
(1)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。
导走
静电屏蔽
避雷针
顶部
金属线
导入
地下
放电
部分电荷
(2)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。
(3)油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带,以导走运输过程中油和油
罐摩擦产生的静电,避免由此引起爆炸;加油站加油枪常有一个触摸式人体
静电释放器,加油前用手触摸上面的金属球,可将人体的静电导走。
吸引
湿度调节
三、静电平衡与静电屏蔽
1.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______。
2.静电屏蔽:处于_________状态的导体,内部电场强度处处为___,电荷只分
布在导体的_______,内部不受外部电场的影响。
等于0
静电平衡
零
外表面
【易错辨析】
(1)在生产、生活中,静电的应用十分广泛,但也有一定的危害。 ( )
(2)防止静电的唯一方法是尽快将静电导走。 ( )
(3)印刷车间防止静电的常用方法就是保持空气湿度。 ( )
(4)我们经常看到油罐车车尾有一根拖地铁链,其作用是将油罐车上的静电
尽快导走。 ( )
(5)静电平衡状态下的导体内部合场强为零。 ( )
√
×
√
√
√
知识点一　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。
【问题探究】
在静电除尘、静电喷漆和静电复印等静电的应用实例中,其理论依据是什么?
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。
【典例示范】
【典例】利用静电除尘可以大量减少排放烟气中的粉尘。
如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两端接上高压后,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,下列做法正确的是 (　　)
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。管内接通静电高压时,管内存在强电场,它使空气电离而产生电子和阳离子,粉尘吸附了电子而带负电。带负电的粉尘最终附着在金属管壁上,根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,可知金属管B端应接高压电源的正极,金属丝A端接负极。故A正确,B、C、D错误。
【素养训练】
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,微粒最后被吸到工件表面。关于静电喷涂机的涂料微粒,下列表述正确的是(　　)
A.微粒带正电
B.微粒带负电
C.微粒不受电场力作用
D.微粒仅受重力作用
【解析】选B。根据题意可知,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,故A、C、D错误,B正确。
【加固训练】
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)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。
知识点二　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。
【问题探究】
运油车的尾部会有一条长长的铁链延伸到地面,这样做的原因是什么?
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】
【典例】在编织地毯时,地毯中加入少量金属丝的目的是 (　　)
A.增大地毯的强度和韧性
B.避免人走动时产生静电
C.将人走动时产生的静电导走
D.以上说法都不正确
【解析】选C。人在地毯上走动会产生静电是不可避免的,加入少量金属丝的目的是将人走动产生的静电及时导走,避免形成电荷的积累造成危害。故C正确,A、B、D错误。
【素养训练】
1.关于避雷针,以下说法不正确的是 (　　)
A.避雷针避雷是中和云层的异种电荷
B.避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地
C.为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形
D.避雷针安装在高大建筑物顶部,且必须接地
【解析】选C。避雷针避雷是中和云层中的异种电荷,及时消除云层与地面的电压,故A正确;避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地,或者将大地的负电荷与其中和,故B正确;表面积越小,越尖锐的物体,越容易放电,因此避雷针做成尖形的,更容易发挥作用,故C错误;避雷针要能发挥作用,与避雷针的形状、安装位置等都有关系,在建筑物的高处安装合格的避雷针,且必须接地,故D正确。
2.(多选)把带电体上产生的静电荷移走可以防止静电积累而造成的危害,下列措施中属于防范静电危害的是 (　　)
A.油罐车后面安装一条拖地铁链
B.飞机上安装接地电缆
C.印染车间保持适当的湿度
D.喷洒农药的飞机上安装静电喷嘴
【解析】选A、B、C。油罐车在运输过程中,不断地相互摩擦,从而产生大量的静电,通过后面装一条拖地的铁链,及时导走,这是防止静电危害,故A正确;飞机上安装接地电缆,目的是将摩擦产生的静电及时导走,这是防止静电危害,故B正确;印染车间保持适当的湿度是为了防止静电积累而引发事故,属于静电的防止,故C正确;喷洒农药的飞机上安装静电喷嘴属于静电的应用,可以让农药均匀喷洒,故D错误。
【加固训练】　
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】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。
2.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。
【实验情境】
取一根尖嘴玻璃管(尖嘴内径0.5～0.8 mm,管的另一端用橡皮管与自来水龙头相连。玻璃管尖嘴口朝上,并固定在铁支架上,如图所示。打开水龙头,使尖嘴喷射出高15～20 cm的喷泉,用带电的有机玻璃棒置于喷泉上方约30 cm处,你会观察到断续喷射的喷泉。
探究:出现这个现象的原因是什么?
【解析】有机玻璃棒上的正电荷使小水滴两端感应了异种电荷,上下相邻的小水滴因异种电荷的相互吸引而聚成大水滴,大水滴被水流顶了起来。由于大水滴太重,又会把喷泉的水流压下去。待大水滴掉下去后,喷泉又会重新再喷射起来。只要带正电荷的有机玻璃棒不移开,间歇喷泉就可以一直持续下去。
答案:见解析。
【生产情境】
李华同学在西部游玩时,发现戈壁滩上常常出现远距离输电的铁塔,仔细观察发现高塔上除了用于输电的3条导线外,顶部还有2条导线。
探究:(1)顶部的两条导线有什么作用?
(2)在高压线上带电作业的电工应该采取怎样的防护措施?
【解析】(1)顶部的两条导线是为了防止输电线被雷击,起到静电屏蔽的作用。
(2)应穿上导电金属材料制成的防护服。
答案:见解析。
1.小明跟他爸爸在加油站加油时,他看到加油机上有如图所示的图标,关于图标涉及的物理知识及其理解,下列说法正确的是 (　　)
A.制作这些图标的依据是利用静电屏蔽原理
B.工作人员工作时间穿绝缘性能良好的化纤服装应该没有关系的
C.塑料桶与油接触容易摩擦起电,存在安全隐患
D.戴棉手套加油不容易打滑较安全
课堂检测·素养达标
【解析】选C。手机、化纤制品、塑料制品等在使用时会产生静电,这些图标都是为了减少静电的产生,不是静电屏蔽。故A错误;工作人员工作时间穿绝缘性能良好的化纤服装,会引起静电,故B错误;塑料桶与油容易摩擦起电,故会引起静电,从而引起油料燃烧,故C正确;化纤手套与接触物容易摩擦起电,故会引起静电,从而引起油料燃烧,而戴棉手套加油不容易产生静电,较安全,故D错误。
2.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,蚊香放出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量不变,离铝板越近则加速度越大
【解析】选B。电子在电场力的作用下,向正极移动时,碰到烟尘颗粒使它带负电。因此,带电尘粒在电场力的作用下,向铝板运动,被吸附到铝板上,故A错误;烟尘向铝板运动时,在电场力作用下做加速运动,所以离铝板越近速度越大,故B正确,C错误;针尖端的电场线密集,越靠近铝板电场越弱,同一颗粒离铝板越近则加速度越小,故D错误。
3.如图是模拟避雷针作用的实验装置,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,A为尖头,B为圆头。逐渐升高电源电压,当电压达
到一定数值时,可看到放电现象。先产生放电现象的是 (　　)
A.A金属柱
B.B金属柱
C.A、B金属柱同时
D.可能是A金属柱,也可能是B金属柱
【解析】选A。如题图中所示,A为尖头、B为圆头。当金属板M、N接在高压电源上,因末端越尖越容易放电,故A金属柱容易放电。
4.(多选)下列措施中,属于利用静电的是 (　　)
A.利用静电把空气电离,除去烟气中的粉尘
B.利用静电吸附,将涂料微粒均匀地喷涂在接地金属物体上
C.利用静电放电产生的臭氧,进行杀菌
D.利用导电橡胶制造飞机轮胎,以便着陆时把机身的静电引入大地
【解析】选A、B、C。静电除尘、静电喷涂和静电杀菌都属于静电的应用,故A、B、C正确;利用导电橡胶制造飞机轮胎,可以将飞机飞行过程中因摩擦产生的静电导走,防止静电积累到一定程度引起爆炸,这是静电危害的防止,故D错误。
5.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,当它接地或连接到任何较低电势点时,使
电荷能够耗散,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。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.地板必须是绝缘体材料
C.地板必须是导电的,如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。在该情境中,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,如地板中含有导电纤维,这样才能将静电由地板下面铺设的铝箔导走。故选项C正确,A、B、D错误。
课时素养评价
五　静电的利用与防护
【合格性考试】(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20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
识已从雷公提升到朴素的阴阳作用。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。发生雷电的过程是放电过程,故A正确;发生雷电的过程是电能向光能、内能等转化的过程,故B正确;发生雷电的过程中,电荷的总量守恒,故C错误;避雷针利用尖端放电,避免建筑物遭受雷击,故D正确。本题选错误的,故选C。
2.在下列各种措施中,属于静电利用的是 (　　)
A.电视机后盖上开有许多小孔
B.在高大的建筑物顶端装上避雷针
C.静电喷漆
D.油罐车后拖着铁链
【解析】选C。电视机的后盖上有许多小孔是为了把各电器元件产生的热量及时散掉,A错误;高大建筑物上的避雷针和油罐车上的拖地铁链是为了把产生的静电导走,属于静电的防护,B、D错误;喷枪喷出的油漆微粒带负电荷,因相互排斥而散开,形成雾状,被喷涂的物体带正电荷,对雾状油漆产生引力,把油漆吸到表面,属于静电的利用,C正确。
3.做手术时,为防止麻醉剂乙醚爆炸,地砖要用导电材料制成,医护人员要穿由导电材料制成的鞋子和外套,一切设备要有良好的接地,这是为了 (　　)
A.除菌消毒　　　　　　　 B.防止漏电
C.利用静电 D.消除静电
【解析】选D。静电会产生火花、热量,麻醉剂为易燃易挥发性物品,遇到火花或热源便会爆炸。所以良好接地,目的是消除静电,以防爆炸。故D正确,A、B、C错误。
4.最近,一则“女子自助加油静电起火点燃油枪”的视频在网络上疯转!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以消除静电
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,衣物与空气产生摩擦,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;加油前先洗手,相当于接地,可以消除静电,同时手比较湿润,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。
二、非选择题(10分)
5.人体不仅能产生数千伏静电压,而且能承受数千伏到数万伏的静电压,下面
请你尝试一下人体静电实验。
(1)晚上,取一根8 W日光灯管,用干净布将灯管上的灰揩去。左手握住灯管一
端,右手捏住灯管管身并来回连续摩擦,灯管就会闪光。这是为什么?
(2)请你站在聚苯乙烯绝缘板上,手握8 W日光灯管的一个电极,让伙伴手握塑
料薄膜或化纤布,反复在你身上拍打。再找另一位伙伴握住8 W日光灯管的中
间或另一个电极,若在暗室里或晚上,你会发现日光灯管发光。请你与你的伙
伴们试一试,仔细观察现象并加以解释。
【解析】(1)摩擦产生静电,当静电电压把灯管内的低压汞蒸气击穿放电,灯管就会出现闪光;
(2)人体因为与塑料薄膜或化纤布反复摩擦而出现越来越多的静电积累,因为人站在聚苯乙烯绝缘板上,静电不能释放掉,所以与地面之间有很高的电压,当另一个人站在地上握住另一个电极,静电电压把灯管内的低压汞蒸气击穿放电,使日光灯管发光。
答案:见解析
【选择性考试】 (10分钟·20分)
6.(6分)(多选)如图是静电除尘装置示意图,装置的外壁连到高压电源的正极,
中间的金属丝连到负极。将浑浊气体通入该装置时,气体中的粉尘会不断向筒
壁积累,最后在重力作用下坠落在筒底。在该装置除尘的过程中,下列说法正
确的有 (　　)
A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷
B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷
C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁
D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场

【解析】选B、C、D。装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极,粉尘向正极运动,可知粉尘吸附电子后带负电,故A错误,B正确;筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场,粉尘向正极运动,可知粉尘是在静电力作用下飞向筒壁,故C正确;装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极,因此筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场,故D正确。
7.(14分)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。请问点火器的放电电极为什么做成针尖状而不是圆头状?
【解析】利用尖端放电原理:因为电荷集中于形状比较尖端的地方,所以物体尖锐处,电场线密集,电场强度大,致使其附近部分气体被击穿而发生放电。
答案:见解析