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5. 静电的利用与防护
鲁科版（2019）物理（必修 第三册）
第一章 静电力与电场强度
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
素养目标
1.了解静电除尘、静电喷雾、激光打印的工作原理
2.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点
3.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因
自然界到处都有静电。静电现象在自然界中普遍存在，静电具有两面性，有些静电是有危害的，静电是如何产生的？有何特点？如何防护静电呢？静电又能否利用呢？
静电的利用
雾霾治理是近年来人们关注的热文话题。导致雾霾的原因很多，工业燃烧产生的烟雾是其形成的重要因素之一，而静电除尘能有效处理烟雾
静电吸附
在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。
设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。
静电除尘原理
①静电除尘
▲B附近的空气中气体分子被电离
▲电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电
▲带负电的小油滴在静电力的作用下，向着正极A运动，最后被吸附到正极A上
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小油滴
小油滴
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小油滴
小油滴
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带正电圆筒A
带负电电极B
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静电除尘
基本构造：
金属圆筒A接高压电源正极并接地，筒内金属丝B接高压电源负极。
除尘原理：
在电场力的作用下，正离子被吸引到金属线上，得到电子而成为分子；电子向着金属圆筒正极运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使尘埃带上负电，并被吸附到金属圆筒上。尘埃积累到一定程度，在重力作用下落入下面的漏斗中。此装置既可以清洁环境又可回收尘埃中的有用物质。
模拟静电除尘
如图 1-29 所示，将铝片和铜丝放入去掉
底部的矿泉水瓶中，用静电高压电源的负极连
接铜丝，正极连接铝片，这样便制成了简易的
静电除尘器。实验时，从矿泉水瓶底部充入烟
尘，然后放到桌面上。接通电源，你会看到什么现象？请解释出现该现象的原因.
铜丝
铝片
静电高压电源
图1-29 静电除尘模拟装置
②静电喷雾
接负高压的涂料雾化器
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▲用接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，这就是静电喷漆。
③激光打印
复印机也应用了静电吸附。复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体 。没有光照时，OPC 是绝缘体，受到光照时变成导体。静电复印的工作流程如下：
▲利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。
复印机用的感光鼓材料是感光型半导体：即在暗态时(不受光)为绝缘体。而在亮态(受光)时为导体。
1、空气净化器：利用静电来吸附空气中的尘埃，使空气得以净化；
2、用静电处理种子，可使种子抗病能力增强、发芽率提高；
3、利用静电处理水，既能杀菌，又能减少水垢；
4、静电放电产生的臭氧是强氧化剂，有很强的杀菌作用。
5、静电还被应用于海水淡化、低温冷冻、人工降雨甚至宇宙探索等方面。
静电的防护
当带电的云层接近地面时，地面上的物体因静电感应而带异种电荷，这些感应电荷更多分布在高大建筑物、大树等突出的物体上。
导体上电荷分布的特点：在曲率半径越小的地方，电荷分布得越密集，电场越强。
当电荷积累到一定程度时，这些物体与云层间形成很强的电场，使空气电离，在云层与地面之间发生强烈的火花放电，这就是雷击。雷击会对地面上的建筑物、人等造成很大的危害。
①导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
②在导体外表面 , 越尖锐的位置,电荷的密度越大，周围的电场强度越大。
内部场强处处为零
尖端放电
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尖端周围的电场大
导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫作空气的电离。
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那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫尖端放电
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高大建筑物上安装尖端导体——避雷针（接闪杆），并用符合规格的导线与埋在地下的接地装置连接起来。
当带电云层接近时，避雷针上的感应电荷在其附近产生强电场，使避雷针与带电云层间的空气电离，电荷通过避雷针和符合规格的导线被直接引入大地，从而达到保护建筑物的目的。
4、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。
1、在接触带有大量精密电子元件的电路板前， 应先用手握一下金属水管或其他接地金属， 把人体的静电导走；
2、印刷车间空气应保持适当的湿度，以便于导走纸页间相互摩擦产生的静电；
3、加油站加油枪旁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。
静电火花有可能引起棉花等易燃物燃烧;
静电火花引起瓦斯爆炸…
因此，静电的危害必须
引起人们的警惕。
防止静电危害的措施
产生静电灾害的必要条件是积累足够多的电荷。
静电的产生并不可怕，可怕的是静电的积累。随时产生的微小能量在持续累积后，就可能具备可怕的破坏性。在干燥地区和干燥季节，电荷的释放相对困难，所以静电的积累及由其产生的后果会非常明显。
避免静电积累的常用方法有静电接地、增加温度、非导电材料的抗静电处理等。
对于体内积存静电较多的人，可以通过“输出”的方式将其消耗掉。
在家里洒些水，不便弄湿地板的地方，放置一两盆清水，同样可以达到增加室内空气湿度的目的。室内可用加湿器，摆放花草或在室内饲养观赏鱼。
为避免静电击打，可用小金属器件（如钥匙）、棉抹布等先碰触大门、门把、水龙头、椅背、床栏等消除静电，再用手触及。
电视机不能摆放在卧室。人们看电视时要打开窗户，同电视机保持2－3米距离，看完之后要洗脸、洗手。
生活中防静电小知识
　　处于静电平衡状态的导体，不仅金属导体壳壁W内的电场强度处处为0，金属壳或网罩内部空腔C的电场强度也处处为0。这便是静电平衡状态下的空腔导体内部电场强度的特点。
静电屏蔽
金属网罩外部的电场线
最终的电场线
静电屏蔽现象
处于静电平衡状态的导体，内部空间电场强度处处为0
可以利用金属壳或金属网封闭某一区域使该区域不再受外在电场的影响。这一现象称为静电屏蔽
内屏蔽：金属壳可以屏蔽内电场
外屏蔽：金属壳可以屏蔽外电场
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E=0
静电屏蔽的应用
（1）电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面所包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰；
（2）超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的，形成一个金属“网”，内场强保持为0，高压外电场不会对内部的工人产生影响。
（3）三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。
静电喷涂是一种利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上电荷，并吸附于带正电的被喷涂工件的涂装技术，静电喷涂机的结构如图所示，规定大地的电势为零，下列说法正确的是( )
A.雾化涂料微粒带正电
B.静电喷涂机喷口处的电势大于零
C.雾化涂料向被喷涂工件运动过程中电势能减小
D.若将静电喷涂机向被喷涂工件移动，P点的电场强度减小
经典例题
C
答案：C
解析：A.由图可知静电喷涂机与电源负极相连，且正极接地，故雾化涂料微粒带负电，故A错误；
B.因为电源正极接地，故正极电势为零，负极电势小于零，即静电喷涂机喷口处电势小于零，故B错误；
C.雾化颗粒带负电，工件带正电，在雾化颗粒运动过程中，受到的电场力指向工件，电场力做正功，电势能减小，故C正确；
D.若将静电喷涂机向被喷涂工件移动，P点的电场线会变得更加密集，即P点的电场强度变大，故D错误；
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( )
A.制作这些图标的依据是静电屏蔽原理
B.工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患
D.用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系
经典例题
C
答案：C
解析：A.用塑料梳子梳头时会产生静电，穿衣脱衣也会产生静电。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；
B.工作人员工作时间穿绝缘性能良好的化纤服装，会产生静电，存在安全隐患，故B错误；
C.化纤手套与接触物容易摩擦起电，故会产生静电，从而引起油料燃烧的危险，故C正确；
D.用塑料梳子梳头时会产生静电，存在安全隐患，故D错误。
某物理实验中，小明手拿一带负电的金属棒靠近某一导体的左侧，发现放置于导体旁边的蜡烛火焰向右飘动。对此下列说法正确的是( )
A.该实验利用了尖端放电原理
B.该实验利用了静电屏蔽原理
C.导体右侧有正电荷喷出
D.导体右侧没有电荷向导体喷射管移动
经典例题
A
答案：A
解析：一带负电的金属棒靠近某一导体的左侧，由于静电感应，会使导体内的负电荷向右侧聚集，而右侧有尖端，会产生尖端放电的现象，而导致导体旁边的蜡烛火焰向右飘动，该实验利用了尖端放电原理，BCD错误，A正确。
静电的防止与应用
（1）静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态.
（2）尖端放电：空气中电离的带电粒子与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷.
（3）静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场强度处处为零，外电场对壳内不会产生影响.
（4）静电吸附：带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上.
内部场强处处为零
下列做法中，为了防止静电危害的是（ ）
A.高大建筑物顶部安装避雷针
B.尽可能保持印染厂车间里的空气干燥
C.使用电器时不能超过其电压或电流的额定值
D.手机一般都带有天线(有的手机为了美观设计为内置天线)
A
答案：A
解析：电荷通过避雷针被直接引入大地，属于静电的防护，故A正确；
印染厂车间内会产生大量的静电，若空气过于干燥则会引起火灾，所以应尽可能保持印染厂车间里的空气湿润，故B错误；
使用电器时不能超过其电压或电流的额定值，是为了避免电流过大烧坏电器，与静电的防护无关，故C错误；
手机带有天线是为了更好地接收或发射信号，与静电的防护无关，故D错误。
(多选)为了减少污染，工业废气需用静电除尘器除尘，某除尘装置如图所示，其收尘极为金属圆筒，电晕极位于圆筒中心。当两极接上高压电源时，电晕极附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收尘极运动并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收尘极运动过程中所带电荷量不变，下列说法正确的是（ ）
A.金属圆筒内存在匀强电场
B.金属圆筒内越靠近收尘极电势越高
C.带电尘埃向收尘极运动过程中加速度越来越大
D.带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小
BD
答案：BD
解析：根据图像信息可知，除尘器内电场在水
平面上的分布类似于负点电荷电场，电晕极相
当于点电荷而位于电场正中心，故A错误；
由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，则金属圆筒内越靠近收尘极电势越高，故B正确；由于越靠近收尘极电场线越来越稀疏，则带电尘埃向收尘极运动过程中受到的电场力越来越小，根据牛顿第二定律可知，加速度也越来越小，故C错误，D正确。
如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（ ）
A.A、B两点电场强度相等，且都不为零
B.A、B两点的电场强度不相等
C.感应电荷产生的附加电场的电场强度大小EA>EB
D.当开关S闭合后，A、B两点的电场强度不为零
C
答案：C
解析：导体处于静电平衡状态，导体是一个等势体，导
体内部电场强度处处为零，A、B两点电场强度都
为零，A、B错误；
在导体内部，感应电荷产生的附加电场与正电荷在同一点产生的电场强度等大反向，正电荷在A点产生的电场强度较大，故EA>EB，C正确；
当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，导体内部电场强度处处为零，D错误。
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