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

第4節(jié)趨利避害靜電的利用與防止課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.知道靜電對日常生活、生產(chǎn)有利也有弊2.通過實(shí)例，了解在生產(chǎn)和生活中靜電的利用與防止.1.靜電的利用和防止(重點(diǎn))2.避雷針原理(難點(diǎn))靜電的利用1.基本知識(1)靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電噴漆、靜電植絨、靜電噴藥等都是靜電的應(yīng)用(2)靜電處理的種子抗病能力強(qiáng)，且發(fā)芽率高；經(jīng)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(yīng)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(yùn)動或分布.靜電的防止1.基本知識(1)方法：將靜電荷導(dǎo)走或靜電屏蔽(2)實(shí)例在印染廠里，棉紗、毛線、化學(xué)纖維上的靜電會吸引空氣中的塵埃，使印染質(zhì)量下降人們常常采用濕度調(diào)節(jié)來解決這一問題設(shè)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雷電這一靜電現(xiàn)象常常會造成巨大的自然災(zāi)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(dǎo)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在生產(chǎn)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(shè)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(jī)加油時加油車和飛機(jī)之間用一根金屬導(dǎo)線相連且接地？【提示】因?yàn)轱w機(jī)降落時輪胎和地之間摩擦產(chǎn)生靜電，若不及時導(dǎo)走，飛機(jī)就會通過與它接觸的物體放電，產(chǎn)生電火花，引起火災(zāi)所以要在加油車和飛機(jī)之間用一根金屬導(dǎo)線相連且接地，把飛機(jī)上的電荷及時導(dǎo)走，防止意外放電.放電現(xiàn)象【問題導(dǎo)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(dǎo)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(chǎn)生的原因空氣中存在少量的自由電子，當(dāng)導(dǎo)體上聚集的電荷很多時，會在周圍空間產(chǎn)生強(qiáng)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(jìn)行碰撞，使空氣中的分子電離，這樣，在很短時間內(nèi)空氣中會產(chǎn)生大量的自由電荷，形成強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象2幾種常見的放電現(xiàn)象(1)火花放電當(dāng)電荷在物體上大量積累時，在物體周圍會產(chǎn)生很強(qiáng)的電場如果電場足夠強(qiáng)，原來是絕緣體的空氣被強(qiáng)電場擊穿變?yōu)閷?dǎo)體，這一現(xiàn)象稱為空氣的電離強(qiáng)大的電流通過電離的空氣時發(fā)聲、發(fā)光、產(chǎn)生電火花并放出大量的熱，這就是火花放電現(xiàn)象云層與云層之間或云層與地面之間產(chǎn)生的閃電、雷鳴是火花放電現(xiàn)象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)象實(shí)驗(yàn)室中感應(yīng)起電機(jī)兩個導(dǎo)電桿之間產(chǎn)生電火花，也是火花放電現(xiàn)象(2)接地放電用導(dǎo)線把帶電體與大地連接起來，從而使帶電體上的電荷導(dǎo)入大地這就是接地放電現(xiàn)象油罐車尾部拖一鐵鏈，把車上的電荷導(dǎo)入大地飛機(jī)降落時，它與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電通過導(dǎo)電橡膠輪胎導(dǎo)入大地計(jì)算機(jī)房和大型電話交換機(jī)房的地板要用導(dǎo)電良好的材料制成，以防止靜電的積累(3)雷電當(dāng)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(chǎn)生強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)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(dǎo)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(qiáng)，從而發(fā)生尖端放電高壓輸電設(shè)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避雷針也應(yīng)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(hù)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(dǎo)線導(dǎo)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(chǎn)生的電荷被導(dǎo)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(dǎo)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】AB1下列措施中，屬于通過放電防止靜電危害的是()A運(yùn)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(dāng)?shù)臐穸菵鋪在房間的地毯中夾雜著0.05 mm的不銹鋼絲導(dǎo)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(chǎn)生的靜電及時導(dǎo)入大地，避免電荷越積越多，從而避免產(chǎn)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(nèi)，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(dāng)?shù)臐穸龋梢詫⒂捎谀Σ恋仍虍a(chǎn)生的靜電及時散失，避免影響印染質(zhì)量，故C正確地毯中夾雜導(dǎo)電纖維同樣是為了及時導(dǎo)走由于摩擦等原因產(chǎn)生的靜電，故D正確選A、C、D.【答案】ACD靜電的產(chǎn)生、防止和利用【問題導(dǎo)思】1在什么情況下易產(chǎn)生靜電？【提示】兩個絕緣體相互摩擦2靜電在生產(chǎn)、生活中只能產(chǎn)生危害而無利用價值嗎？【提示】不是1靜電的產(chǎn)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(dǎo)電的物體上可迅速流失，而在不導(dǎo)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(dāng)達(dá)到一定的電壓時就產(chǎn)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)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(zhì)量下降(3)在制藥生產(chǎn)中，由于靜電吸引塵埃，會使藥品達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的純度(4)在電子計(jì)算機(jī)的機(jī)房中，人體帶電可能妨礙電子計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行(5)在家庭中，帶靜電很多的人從電視機(jī)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(chǎn)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(chǎn)生火花放電，嚴(yán)重時會使他痙攣3靜電的防止基本方法是盡快把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)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(dǎo)走；飛機(jī)機(jī)輪上通常裝有搭地線，也有用導(dǎo)電橡膠做機(jī)輪輪胎的，著陸時它們可將機(jī)身的靜電導(dǎo)入地下；在地毯中夾雜0.050.07毫米的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維，消除靜電的效果很好；在印染廠中保持適當(dāng)?shù)臐穸?，潮濕的空氣可使靜電電荷很快消失4靜電的應(yīng)用靜電也可以被人們利用目前，靜電的應(yīng)用已有多種，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等方面但依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)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(guān)靜電除塵的原理，以下說法正確的是()圖142AA接高壓電源負(fù)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)極，靠近金屬絲的氣體在強(qiáng)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】C2靜電噴涂機(jī)原理如圖143所示靜電噴涂機(jī)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(yùn)動，微粒最后被吸附到工件表面關(guān)于靜電噴涂機(jī)的涂料微粒，下列表述正確的有()圖143A微粒帶正電B微粒帶負(fù)電C微?？赡軒д?，也可能帶負(fù)電D微粒受電場力作用【答案】BD【備課資源】(教師用書獨(dú)具)尚未握手已出“火花”許多人都有過以上經(jīng)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(lán)色閃光和“啪啪”響聲等等，這些都是靜電現(xiàn)象當(dāng)感覺到電擊時，人身上的靜電電壓已超過2 000 V；當(dāng)看到放電火花時，身上的靜電電壓已經(jīng)超過3 000 V，這時手指會有針刺般的痛感；當(dāng)聽到放電的“啪啪”聲音時，身上的靜電電壓已高達(dá)7 0008 000V，醫(yī)學(xué)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(qiáng)，是體內(nèi)隱藏某種病癥的先兆，不能不防1電視機(jī)的熒光屏表面經(jīng)常有很多灰塵，這主要是因?yàn)?)A熒光屏具有吸附灰塵的能力B房間內(nèi)灰塵的自然堆積C電視機(jī)工作時，熒光屏表面溫度過高D電視機(jī)工作時，熒光屏表面有靜電【解析】電視機(jī)工作時，熒光屏的表面有靜電，會吸引灰塵顆粒，故選項(xiàng)D正確【答案】D2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?yàn)?)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(dǎo)體不銹鋼絲是為了及時將地毯上積累的靜電導(dǎo)走，以防有靜電吸附灰塵等不利現(xiàn)象產(chǎn)生，選項(xiàng)D正確【答案】D3高壓電氣設(shè)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】C4靜電在各種產(chǎn)業(yè)和日常生活中有著重要的應(yīng)用，如靜電除塵、靜電復(fù)印等，所依據(jù)的基本原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)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(diǎn)向下射入由正、負(fù)電荷產(chǎn)生的電場中，它們的運(yùn)動軌跡如圖144所示，則() 【導(dǎo)學(xué)號：31870009】圖144Aa帶負(fù)電荷，b帶正電荷，c不帶電荷Ba帶正電荷，b不帶電荷，c帶負(fù)電荷Ca帶負(fù)電荷，b不帶電荷，c帶正電荷Da帶正電荷，b帶負(fù)電荷，c不帶電荷【解析】根據(jù)“同種電荷相排斥，異種電荷相吸引”判斷正確選項(xiàng)應(yīng)為B.【答案】B學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評(四)(建議用時：45分鐘)1下列措施是為了防止靜電產(chǎn)生危害的是()A靜電復(fù)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(fù)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(chǎn)生危害，故本題應(yīng)選C.【答案】C2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(chǎn)生了靜電B人體本身帶電C空氣帶電，在衣服上產(chǎn)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(zhì))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(chǎn)生靜電，積聚的大量電荷導(dǎo)致火花放電，故A正確【答案】A3關(guān)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(shí)際上是將雷電提前引下來，為了達(dá)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?biāo)鸬淖饔檬菍?dǎo)走云層中的靜電荷，為了容易產(chǎn)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(xiàng)A、B均錯誤，其原理也不是靜電平衡，選項(xiàng)D錯誤【答案】C4為了防止靜電的危害，應(yīng)盡快把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)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(jī)輪上裝搭地線D印刷車間中保持適當(dāng)?shù)臐穸取窘馕觥糠乐轨o電危害是不讓其產(chǎn)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】B5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(dǎo)電性好，容易吸引灰塵B人造纖維的導(dǎo)電性好，容易導(dǎo)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(chǎn)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(qiáng)，更容易積累靜電荷，因此更容易吸引灰塵【答案】D6如圖145所示，空心導(dǎo)體上方有一靠近的帶有正電的帶電體當(dāng)一個重力不計(jì)的正電荷以速度v水平飛入空心導(dǎo)體內(nèi)時，電荷將做() 【導(dǎo)學(xué)號：31870010】圖145A向上偏轉(zhuǎn)的類平拋運(yùn)動B向下偏轉(zhuǎn)的類平拋運(yùn)動C勻速直線運(yùn)動D變速直線運(yùn)動【解析】電荷如何運(yùn)動，由電荷的受力決定，而電荷的重力不計(jì)，則只需考慮電荷是否受電場力根據(jù)電場中導(dǎo)體的特點(diǎn)，即可判斷空心導(dǎo)體處在帶正電的帶電體附近，根據(jù)電場中導(dǎo)體的特點(diǎn)，空心導(dǎo)體起到了靜電屏蔽的作用，使得內(nèi)部電場強(qiáng)度為零，電荷不受電場力的作用，所以做勻速直線運(yùn)動，C選項(xiàng)正確【答案】C7滾筒式靜電分選器由料斗A、導(dǎo)板B、導(dǎo)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(fù)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(chǎn)生大量離子現(xiàn)有導(dǎo)電性能不同的兩種物質(zhì)粉粒a、b的混合物從料斗A下落，沿導(dǎo)板B到達(dá)轉(zhuǎn)動的滾筒C上，粉粒a具有良好的導(dǎo)電性，粉粒b具有良好的絕緣性下列說法正確的是()圖146A粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽EB粉粒b落入料槽F，粉粒a落入料槽EC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(shí)用角度看，這也是允許的【解析】因?yàn)镃和G分別接在高壓電源的正、負(fù)極上，放電針G附近形成很強(qiáng)的電場，使放電針G附近的空氣電離而產(chǎn)生大量離子，其中的負(fù)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(fù)離子而帶負(fù)電，被吸引到帶正電的滾筒C上，因a具有良好的導(dǎo)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(fù)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(shí)用角度看，這是不允許的，故C正確，D錯【答案】AC8盛放在油罐車內(nèi)的石油產(chǎn)品，振蕩時可產(chǎn)生靜電，容易引起火災(zāi)，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(zhì)【解析】鐵鏈具有良好的導(dǎo)電性，能把由于振蕩產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入大地，從而防止火災(zāi)等危險情況的發(fā)生【答案】良好的導(dǎo)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(diǎn)點(diǎn)火花，若用手接觸金屬常常被電擊，你能用所學(xué)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(fù)印機(jī)工作時常因出現(xiàn)復(fù)印紙粘在一起影響復(fù)印質(zhì)量可用什么方法防止紙粘在一起？試說明理由【解析】復(fù)印紙粘在一起，是因?yàn)榛ハ嗄Σ炼a(chǎn)生了靜電荷，由于正負(fù)電荷互相吸引，使復(fù)印紙不易分開增大空氣的濕度，可防止紙粘在一起因?yàn)榭諝鉂穸却髸r，不易產(chǎn)生摩擦起電現(xiàn)象；產(chǎn)生的一些靜電荷也容易泄漏而消失，所以復(fù)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(xì)小的帶電漆珠在電場力作用下向帶異種電荷的工件運(yùn)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(zhì)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(jī)機(jī)體與空氣、水汽、灰塵等微粒摩擦?xí)r會使飛機(jī)帶電，如果不采取措施，將會嚴(yán)重干擾飛機(jī)無線電設(shè)備的正常工作，使飛機(jī)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(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的純度；在電視機(jī)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(diǎn)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(shù)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(dǎo)致工人死傷，礦井報(bào)廢存在可燃?xì)怏w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(shí)驗(yàn)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?xì)怏w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(dǎo)體，通常有些電器都有接地線將在可燃?xì)怏w環(huán)境中能產(chǎn)生靜電的裝備都接上接地線，將產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入大地，可防止靜電【答案】見解析