2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册1.5静电的利用与防护 课件40张PPT

第1章　静电力与电场强度
第5节　静电的利用与防护
课标解读
课标要求
素养形成
了解生产生活中关于静电的利用与防护
1.物理观念:有关于静电的利用
与防护的正确认识
2.科学思维:掌握归纳、演绎推
理的方法,训练学生的推理能力,
亲身感受知识的建立过程
3.科学态度与责任:能对公众利
用和防护静电的行为发表自己
的观点,有进行科学普及的兴趣
和责任感
精读教材·必备知识
情境导学
1.加油站里常见“静电释放器”,你知道司机或工人提加油枪前为什么必须
要用手触摸一下静电释放器吗?
提示:“静电释放器”可以把人体、金属、大地形成通路,将人体静电导入大
地,这样就可以清除身体上的静电,防止发生火灾。
2.湖北的武当山古建筑群是世界文化遗产之一,
在武当山主峰天柱峰上有一座金殿,是我国现存
最大的铜铸鎏金大殿。这座金殿最为奇特的是,
每逢电闪雷鸣的时候,火球会在金殿周围滚动,
但霹雳却击不毁金殿;雨过天晴后,大殿光彩夺目,像被洗过一样,这就是“雷火炼殿”奇观。后来,因金殿周围的一些建筑物常被雷击,金殿也安装了避雷设施。此后,雷火炼殿奇观消失,没有水火的洗炼,金殿的色泽也黯淡了许多。“雷火炼殿”说明了什么问题?
提示:“雷火炼殿”说明,球状物体可以积累电荷,产生火花放电。
必备知识
新知梳理
一、静电的利用
1.静电除尘
(1)原理:让灰尘带上电荷,然后在　　　　　????的作用下,奔向并吸附到异性
电极上。
(2)优点:静电除尘能有效处理烟雾,与其他除尘方式相比,静电除尘耗能少、
　　　　　????。
电场力
效率高
2.静电喷雾
(1)原理:通过高压静电发生装置使喷出的雾滴　　　　　????,在　　　　????
????和　　　　　????的作用下飞向工件,并均匀地吸附在工件表面。
(2)优点:涂料固化成厚度　　　　　????、质地　　　　　????的涂层。
3.激光打印:利用　　　　　????来实现“打印”。
4.静电还有很多应用:空气净化器;用静电处理　　　　　????提高发芽率;利用
静电处理　　　　　????,既能杀菌还能减少水垢等。
带电
静电力
高压空气
均匀
坚固
静电
种子
水
二、静电的防护
1.防止静电危害的方法之一是尽快把静电　　　　　????地下。
2.尖端放电:带电云层接近地面时,地面上的物体由于　　　　　????而带异种
电荷,这些感应电荷分布在高大建筑物、大树等突出的物体上,物体和云层间
形成很强的电场,使空气电离,云层与地面间形成强烈的　　　　　????。
导入
静电感应
火花放电
思维诊断
1.在装载作业中,靠近传送带的工人容易受到电击,其原因是靠近传送带的物
体由于与传送带之间的相互摩擦,会带上电。?(　　)
2.静电除尘是利用静电力的作用来实现的。?(　　)
3.避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导
入大地。?(　　)
4.飞机轮上装有拖地线,油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(????　)
√
√
?
√
要点一　静电的利用和防护
互动探究·关键能力
情境探究
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,将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。当把起电机一摇,顿时塑料瓶清澈透
明,停止摇动,又是烟雾缭绕。
?
起电机摇动时,塑料瓶里哪里电场强度最大?是锯条附近还是金属片附近?若
锯条接电源负极,金属片接正极,这些烟尘最终到哪里去了?
提示:当接通静电高压时,存在电场,金属片与锯条带上等量的异种电荷,因金
属片比锯条薄,电荷密度大,所以金属片附近的电场强度大;静电除尘的原理
是:电场使空气电离而产生负离子和正离子,负离子在电场力的作用下,向正
极移动,碰到烟尘微粒使它带负电,因此带电烟尘微粒在电场力的作用下,向
正极移动,这些烟尘最终到了金属片上。
静电防护
(1)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,通
过工艺控制可以减少因摩擦而产生的静电,避免静电积累的常用方法有静电
接地、增加湿度、非导电材料的抗静电处理等。
(2)常采取的措施:①接地;②搭接;③屏蔽;④对几乎不能泄漏静电的绝缘体用
抗静电剂以增大电导率,使静电易于泄漏;⑤采用喷雾、洒水等方法提高环境
湿度,抑制静电的产生;⑥使用静电消除器,进行静电中和。
知识深化
题组过关
典例1????(多选)如图所示是消除烟气中煤粉的静电除尘器示意图,它由金属圆
筒外壳A和悬在筒中的金属丝B组成,带煤粉的烟气从下方进气口进入,煤粉
带负电,脱尘后从上端排气孔排出,要让除尘器
正常工作,下列说法正确的是?(　　)
A.外壳A应接电源的正极
B.金属丝B应接电源的正极
C.外壳A应接地,原因是防止触电
D.外壳A应接地,原因是导走电荷,防止爆炸
AC
解析　煤粉带负电,向正极运动,所以外壳A应接电源的正极,金属丝B应接
负极,A正确,B错误;外壳A应接地,原因是防止高压触电,C正确,D错误。
规律方法
静电的利用和防护措施要明确其原理,其本质就是静电力的作用,需要静电力
时,就使其放大,当不需要时,就要避免其产生。
针对训练1　小强在加油站加油时,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.工作人员工作时间必须穿绝缘性能良好的纯棉衣服
B.在加油站可以用绝缘的塑料梳子梳头
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电,存在安全隐患
D.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理
C
解析　加油站中由于静电会引起油料的燃烧发生危险,故应避免一些引起
静电的行为。工作人员在工作时应避免产生静电,可以穿纯棉衣服,但不是必
须穿;故A错误;用塑料梳子梳头时会产生静电,会引起静电,故B错误;化纤手
套与接触物容易摩擦起电,故会引起静电,从而引起油料燃烧的危险,故C正
确;这些图标都是为了减少静电的产生,不是静电屏蔽,故D错误。
要点二　静电平衡和静电屏蔽
情境探究
1.使带正电的金属球靠近验电器,但不接触,箔片是否张开?解释看到的现象。
提示:现象:箔片会张开。
原因:当带正电的金属球靠近验电器时由于静电感应,自由电子将向金属球移
动使得金属球带负电,箔片由于缺少电子带正电。所以箔片会张开。
2.用金属网把验电器罩起来,再使带正电金属球靠近验电器,观察箔片是否张
开,这个现象说明什么?
提示:现象:箔片不会张开
原因:用金属网把验电器罩起来,金属网的外壳对它的内部起到“保护”作
用,使它的内部不受外部电场的影响,内部电场强度处处为零。电荷只分布在
金属网的外表面上,所以验电器的箔片不张开,我们把这种现象称为静电屏蔽。
知识深化
1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用静电感应现象,使金属壳外表面的感应电荷产生的电
场和外加电场相互抵消,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽
作用,其实是壳内两种电场并存,两电场强度的矢量和为零而已。
2.静电屏蔽的应用和防止
(1)应用:为了防止外界信号的干扰,静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作
中。许多电子仪器外面都套着金属罩、通信电缆外面包着一层铅皮、高压
带电作业人员穿金属网衣等,这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。
(2)防止:静电屏蔽也可带来不利的影响。如通信工具在钢筋结构建筑中接收
信号较弱;宇宙飞船返回地球经过大气层时,与大气层高速摩擦,在飞船周围
形成一层等离子体,对飞船产生静电屏蔽作用,导致飞船和地面控制中心的通
信联络暂时中断。
题组过关
典例2　如图所示,在枕形金属导体外的M、N两点分别放置一个电荷量为+Q
的点电荷,A为导体内一点,MA⊥AN,A、N位于同一水平线上,且MA=AN=r。
求枕形金属导体上的感应电荷产生的电场在A点处的电场强度E。
答案　见解析
解析　由点电荷的电场强度公式E0=?,得电荷量均为+Q的两个点电荷在A
点产生的电场强度大小都为E0=?,枕形金属导体处于静电平衡状态时,内部
电场强度处处为零,枕形金属导体上的感应电荷产生的电场在A点处的电场
强度E与两个点电荷在A点处产生的合场强大小相等、方向相反,则E合=?E0
=??,场强方向沿∠MAN的角平分线斜向右上方。
名师点拨
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是:
(1)运用E=?求出外电场场强E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态,则满足静电平衡条件E合=0。
(3)由E外+E感=0,求出感应电场强度E感的大小和方向。
针对训练2　一金属球,原来不带电。现沿球的直径的延长线放置一均匀带
电的细杆MN,如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径
上a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,则三者相比?(　　)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大　　　　　　　????
D.Ea=Eb=Ec
C
解析　处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零,故a、b、c三点的
电场强度都为零。静电平衡的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电
场与外电场叠加的结果,所以感应电荷在球内某点产生的电场的电场强度与
均匀带电的细杆MN在这一点形成的电场的电场强度等大反向,比较a、b、c
三点感应电场的电场强度,实质上是比较均匀带电的细杆MN在这三点产生
的电场强度,由于c点离MN最近,故MN在c点产生的电场强度最大,感应电荷在
c点产生的电场强度也最大,故选项C正确。
典例3　将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属球壳C内(不和
球壳内壁接触),另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,
则?(　　)
A.A往左偏离竖直方向,B往右偏离竖直方向
B.A的位置不变,B往右偏离竖直方向
C.A往左偏离竖直方向,B的位置不变
D.A和B的位置都不变
B
解析　不接地的空腔导体可以屏蔽外界电场,接地的空腔导体可以屏蔽内
部电场,该题中带正电的小球A放在不带电的金属球壳C内,通过静电感应,金
属球壳C外壳带正电,内壁带负电。由于金属球壳C的外壳和带电小球B带异
种电荷,所以B受C的吸引往右偏离竖直方向。而由于金属球壳C能屏蔽小球
B所产生的外部电场,使小球A不受外电场的作用,所以A的位置不变,故正确
选项为B。
名师点拨
静电屏蔽的两种情况
(1)金属壳内部不受外部影响
如图:把验电器靠近带电体,箔片会张开,但如果把验电器置于金属网罩内,再
靠近带电体,箔片不再张开,说明网罩内不受外电场的影响。
?
(2)接地的封闭导体壳,内部电场对外部没有影响
一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷+q。由于静电感应,导体壳内外表
面感应出等量的异种电荷。其电场线如图甲所示,当把导体壳接地后,电荷+q
在壳内的电场对壳外空间就没有影响了,如图乙所示。
针对训练3　有一接地的导体球壳,如图所示,球心处放一点电荷q,达到静电
平衡时,则?(　　)
A.q的电荷量变化时,球壳外电场随之改变
B.q在球壳外产生的电场强度为零
C.球壳内、外表面的电荷在壳外的合场强为零
D.q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零
D
解析　当导体球壳接地时,壳内电荷在壳外表面所产生的感应电荷流入大
地,这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外(包含导体壳层)任一
点的合场强为零。故选项D正确。
评价检测·素养提升
课堂检测
1.在医疗手术中,为防止麻醉剂乙醚爆炸,地砖要用导电材料制成,医生和护士
要穿由导电材料制成的鞋子和外套,一切设备要良好接地,甚至病人身体也要
良好接地,这样做是为了?(　　)
A.除菌消毒　　　　　　　????B.消除静电
C.利用静电　　　　　　　????D.防止漏电
解析　题中所述各项措施是为了消除静电,B正确。
B
2.如图所示,一个长方形的金属盒原来不带电,现将一个带电荷量为+Q的点电
荷放在盒左边附近,达到静电平衡后,盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场
分布情况正确的是?(　　)
解析　金属盒内部由于处于静电平衡状态,因此内部每点的合电场强度都
为0,即金属盒内的每一点,感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷在那
点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反,即感应电荷的电场线与点电
荷的电场线重合,但方向相反,选项C正确。
C
3.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?(　　)
①不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头
②不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙,远离带电设备
③固定电话和手提电话均可正常使用
④在旷野,应远离树木和电线杆
A.①②③　　　　　　　????B.①②④
C.①③④　　　　　　　????D.②③④
B
解析　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伤害,故不能使用,故B正确。
4.人造飞船返回地球经过大气层时,返回舱表面附近形成一个温度高达几千
摄氏度的高温区。高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,
这时返回舱与外界的联系会中断,出现这种现象的原因是?(　　)
A.返回舱受到的万有引力消失
B.返回舱为了安全而暂时关闭通信系统
C.返回舱周围高温区内的气体被电离成等离子体,从而对飞船起静电屏蔽作用
D.返回舱表面温度太高,如同火球,使得航天员看不见外面,外面也看不见返
回舱里面
C
解析　由于高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,对返
回舱起到静电屏蔽作用,所以返回舱与外界信号中断,故A、B、D错误,C正
确。
静电除尘空气净化器利用高压直流电场使空气中的气体分子电离,产生大量
电子和离子,在静电力的作用下向两极移动,在移动过程中碰到气流中的粉尘
颗粒和细菌使其荷电,荷电颗粒在静电力作用下向与自身电荷相反的极板做
运动,电压升高到一定数值后,放电极附近的离子获得了较高的能量和速度,
它们撞击空气中的中性分子时,中性分子会分解成电子和正离子,这种现象称
为空气电离。空气电离后,由于连锁反应,在极间运动的离子数大大增加,表
现为极间的电流(称为电晕电流)急剧增加,空气成了导体,高强电压捕获荷电
细菌颗粒,瞬间导电击穿细胞壁,达到杀灭细菌吸附除尘的目的。
创新视野
(多选)如图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制
带电,在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘的目的。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.带电尘埃所受静电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静电力越大
BD
解析　由题图知,集尘极连电源正极,电势高,所以电场方向由集尘极指向
放电极,选项B正确。带电尘埃向集尘极迁移,带电尘埃所受静电力方向与电
场方向相反,带负电,选项A、C错误。由F=qE知,同一位置带电荷量越多的尘
埃所受静电力越大,选项D正确。