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1.7 静电的利用和防护
学习目标 1.通过任务1及其活动,了解生活中静电的利用,知道它们利用的原理。(物理观念、科学态度与责任) 2.通过任务2及其活动,了解静电的危害,知防止静电危害的措施。(物理观念、科学态度与责任) 3.通过任务3及其活动,了解尖端放电现象,知道其应用与防止措施。(科学探究、科学态度与责任)
【自主预习】
　　重点难点:静电的利用及防止静电危害的措施。对尖端放电的理解。
教学建议:静电现象在生活中很常见,要多举例子,多分析事例,通过分析事例,让学生了解尖端放电等知识点,理解防止静电危害的原理。
导入新课:自然界中的静电现象随处可见,工业生产中的搅拌、挤压、切割等活动,生活中的穿衣、运动等过程都可能产生静电。如图,在加油站给车加油时,为了避免提枪加油产生电火花带来危险,要求提枪前必须触摸一下静电释放器。
思考并回答问题。
思考1:雷电是怎样形成的
【提示】 云层的相互摩擦导致云层间异种电荷大量聚集。靠近地面的云层中电荷的大量聚集,会使地面因静电感应而引起电荷聚集。云层之间、云层和地面之间会形成几百万伏以上的电压,这个电压足以击穿空气,产生巨大的瞬间电流,伴随闪光
和巨响。这就是雷电形成的原因。
思考2:防止静电的危害有哪些措施
【提示】 人们采用的防止静电危害的措施有很多。例如在工业生产中,改造起电强烈的工艺环节,采用起电较少的设备和抗静电材料;用导线将设备接地,把电荷导入大地;适当增加工作环境的湿度,让静电随时释放等。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)带电体的绝缘性能越好,电荷越容易积累,产生的电压就会越高。 (　　)
(2)绝缘性能越好的物体一旦带上静电,电荷的泄漏速度越慢,其危害性就越小。 (　　)
(3)飞机轮上装有拖地线,这是为了利用静电。 (　　)
(4)尖端放电主要是因为导体尖端带的电荷更多。 (　　)
(5)夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕,这是尖端放电现象。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　
【合作探究】
任务1 静电的利用
　　实验演示:一个静电除尘的实验装置如图,透明的玻璃瓶中原来充满烟尘,将高压电源的正负两极分别接到绕在玻璃瓶上的金属螺旋线和插在玻璃瓶内的金属直导线上,你发现什么现象 阅读课本相关的内容,回答问题。
1.请简单介绍静电除尘的原理。
【解答】 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。
2.静电喷涂是很多地方常用的一种表面处理方式,请简单介绍一下静电喷涂基本原理。
【解答】 静电喷涂的基本原理是将高压静电发生器产生的负高压电缆引到喷枪,使油漆带上负电。带负电的油漆被压缩空气作用而雾化成很细的雾粒后,在压缩空气的冲力和静电场的电场力共同作用下,被吸附到带正电(接地)的工件上,在工件表面形成均匀的漆膜,以达到喷涂目的。
3.除了上面的例子,列举一些静电的其他应用。
【解答】 静电空气净化器、静电净水器、静电植绒、静电杀菌等。
静电的利用
(1)静电喷涂的工作原理:设法使精细的油漆液滴飞离喷嘴时带上同种电荷,彼此①　　　　　　,并在②　　　　　　的作用下飞向作为电极的工件。
(2)激光打印机的工作原理:利用正、负电荷互相③　　　　　　。
【答案】①排斥　②电场力　③吸引
应用1　静电除尘器的除尘机理
(多选)静电除尘器除尘机理的示意图如图。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的电场力越大
【答案】BD
【解析】 电子吸附尘埃使尘埃带负电,受力方向与电场方向相反,A、C两项错误,B、D两项正确。
任务2 防止静电危害
　　在干燥的天气里,开车或者坐车的时候总会时不时地被电一下,手指一瞬间很疼,除此之外,汽车静电多了也很容易引起火灾,甚至爆炸。
静电有时会给我们的生活和生产带来危害和麻烦。阅读教材,思考有哪些措施可以防止静电危害。
1.请你上网浏览、查阅书籍,找到消除汽车静电的方法,从而避免由于汽车静电可能引起的火灾、爆炸等安全隐患。
【解答】 我们可以通过对地式静电释放器随时随地消除静电;也可以采用手持式空气静电释放器(静电笔),通过静电释放器与汽车表面接触,释放静电;还可以给汽车安装对天式静电释放器,也就是我们看到很多车顶上的鲨鱼鳍,这种对天式的静电释放器可以将车子表面的静电释放掉。
2.如图所示,在桌上放两摞书,把一块洁净的玻璃垫起来,使玻璃离开桌面20 cm~30 cm。在宽0.5 cm的纸条上画出各种舞姿的人形,用剪刀把它们剪下来,放在玻璃下面,然后用一块硬泡沫塑料在玻璃上擦,就可以看到小纸人翩翩起舞了。问:
(1)为什么小纸人会翩翩起舞
(2)如果实验前用一根火柴把“跳舞区”烤一烤,实验效果会更好,此现象说明了什么
(3)如果向“跳舞区”哈一口气,小纸人跳得就不活跃了,此现象说明了什么
(4)通过以上实验现象,找出一种防止静电的方法。
【解答】 (1)玻璃板被摩擦后产生电荷,从而与纸人相互吸引,小纸人就翩翩起舞了。
(2)说明在干燥环境中容易起电,原因是干燥的空气不会把被摩擦后的玻璃板上产生的电荷导走。
(3)说明在潮湿的条件下不易摩擦起电,因为潮湿的空气具有导电能力,把被摩擦后的玻璃板上产生的电荷导走了。
(4)增加空气的湿度,可防止静电。
1.静电的危害
(1)雷雨云的雷鸣闪电会给人类造成巨大损失。
(2)静电火花点燃易燃物质引起④　　　　　　和火灾。
(3)静电放电引起电子设备的故障,造成⑤　　　　　　干扰。
(4)静电放电⑥　　　　　　集成电路和精密的电子元件,或促使元件老化,降低生产成品率。
(5)静电在工业中如电子工业、胶片和塑料工业、造纸印刷工业、纺织工业中都会产生危害。
2.静电危害的防止
(1)尽快导走多余电荷,避免静电⑦　　　　　　。
(2)调节空气的⑧　　　　　　。
(3)在易燃、易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的⑨　　　　　　。
【答案】④爆炸　⑤电磁　⑥击穿　⑦积累　⑧湿度⑨通风
应用　防止静电危害的措施
(多选)把物体上产生的静电荷移走可以防止因静电荷积累而造成的危害。下列措施中,采取了上述方法的是 (　　)
A.油罐车后面装一条拖地铁链
B.电工钳柄上套有绝缘胶套
C.飞机上安装接地电缆
D.印染车间里保持适当的湿度
【答案】ACD
【解析】 日常生活中的静电现象,由于带电量少,放电时间很短,一般不会对人体造成伤害。但是,带电体的绝缘性越好,电荷越容易积累,产生的电压就会越高。绝缘性能越好的物体一旦带上静电,电荷的泄露速度越慢,其危害性就越大。因此,在我们的生产生活当中,要提前预防,有效防止静电的危害。日常生活中防止静电危害常用的措施有:(1)用导线把设备接地,把设备上多余的电荷引入大地,避免静电积累;(2)调节空气的湿度;(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风,消除静电火花的引爆条件;(4)给导体加一个金属尖端,把积累的电荷由尖端放走,电工钳柄上套有绝缘胶套,是阻断电流通过人体,防止电击,是安全用电措施,不属于防静电措施。故本题答案为ACD。
任务3 尖端为何会放电
　　法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰1688年所著的《中国新事》一书中记有:中国屋脊两头,都有一个仰起的龙头,龙口吐出曲折的金属舌头,伸向天空,舌根连接一根细的铁丝,直通地下。在发生雷电的时刻,金属舌头就大显神通,若雷电击中了屋宇,电流就会从龙舌沿细铁丝行至地底,避免雷电击毁建筑物。阅读课本中“尖端放电”部分的内容,回答下列问题。
1.为什么导体尖端附近的空气容易发生电离
【解答】 由于导体的尖端电荷密度很大,附近电场强度很强,附近空气中残留的离子发生剧烈运动,把空气分子撞散,所以导体尖端附近的空气更容易发生电离。
2.“尖端放电”是不是导体尖端的电荷跑到空气中去了
【解答】 “尖端放电”并不是导体尖端的电荷跑到空气中去了,而是空气电离产生的与导体尖端符号相反的电荷奔向尖端,与尖端的电荷中和了。
3.联系实际生产、生活,有什么地方利用或避免产生“尖端放电”
【解答】 避雷针、电子点火器等就是利用尖端放电的设施;高压设备要做到表面光滑就是为了避免尖端放电造成危险和电能损失。
尖端放电的原理:导体上的电荷只分布在导体的⑩　　　　　　上,并且在导体表面越尖锐的位置,电荷的密度越　　　　　　,电场强度越　　　　　　,会把空气分子电离,变为离子,从而导电。
【答案】⑩外表面　大　大
解释原因:
在燃气灶和燃气热水器中,常常安装电子点火器,接通电子线路时产生高电压,通过高压放电产生的电火花来点燃气体。点火器的放电电极是钉尖形,这是为什么 与此相反,验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状,这又是为什么
【提示】 点火器的放电电极是钉尖形,就是利用了尖端放电,而验电器的金属杆上端却固定一个金属球,是为了防止放电。
应用　尖端放电的应用
(多选)山西被称为“中国古代建筑艺术博物馆”,这些建筑大部分都加装了避雷针。雷雨天气时,云层底端带负电,下列说法正确的是 (　　)
A.云层靠近避雷针时,避雷针感应出正电荷
B.避雷针也可以不连接埋在地底的金属板
C.必须有闪电击中避雷针,避雷针才发挥作用
D.避雷针是利用尖端放电的一种设施
【答案】AD
【解析】 因为云层底端带负电,所以云层靠近避雷针时,避雷针感应出正电荷,A项正确;避雷针的尖端安装在建筑物的顶端,并通过金属线与埋在地下的金属板相连,才能将云层中积聚的电荷导入大地,起到保护作用,B项错误;即使没有闪电击中避雷针,只要带电云层靠近避雷针,避雷针就会因静电感应发挥作用,C项错误;避雷针是利用尖端放电来保护建筑物的一种设施,D项正确。
【随堂检测】
1.(任务1)(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.微粒因受库仑力作用向工件运动
D.微粒因受重力作用向工件运动
【答案】BC
【解析】 静电喷涂机接高压电源的负极,所以喷出的涂料微粒带负电,A项错误,B项正确;由于工件带正电,对周围的带负电的涂料微粒产生静电力,带负电的涂料微粒在库仑力的作用下向工件运动,C项正确,D项错误。
点评 本题考查科学态度与责任。涉及的知识是静电喷涂原理以及电荷间的相互作用规律。
2.(任务2)下列措施不属于防止静电危害的是 (　　)
A.飞机轮胎用导电橡胶制作
B.喷洒农药的飞机上安装有静电喷嘴
C.汽车加油站的工作人员不能穿腈纶材质的衣服
D.在地毯上夹杂0.05 mm~0.07 mm的不锈钢丝导电纤维
【答案】B
【解析】 飞机使用导电橡胶制作的轮胎,在着陆时静电通过导电轮胎及时传入大地,保证乘客和飞机的安全,A项不符合题意;静电喷嘴内装有一根带正电的针,使得农药水珠离开喷嘴时会带有大量正电荷。由于与大地相连的农作物的叶子一般都带负电,带正电的农药水珠喷洒到农作物上时,就被吸附在叶子上,不会被风吹走,这是利用静电,B项符合题意;汽车加油站的工作人员不能穿腈纶材质的衣服,是为了避免产生静电,从而避免静电造成的危害,C项不符合题意;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,D项不符合题意。
点评 本次考查静电的利用与防止,涉及静电吸附、静电释放等知识。
3.(任务3)某模拟避雷针作用的实验装置如图所示,金属板M、N间有两个等高的金属体A、B,A为尖头、B为圆头。将金属板M、N接在高压电源上,逐渐升高电源电压,首先观察到 (　　)
A.A放电 B.B放电
C.A、B一起放电 D.A、B之间放电
【答案】A
【解析】 A为尖头、B为圆头。当金属板M、N接在高压电源上时,因末端越尖越容易放电,故A金属体容易放电,A项正确。
点评 本题考查尖端放电的特点。用尖端放电原理解释避雷针的作用。
4.(任务3)(多选)为了防止雷电造成人们生命和财产的损失,下列做法正确的是 (　　)
A.在旷野遇到雷电,应远离高大树木和建筑物,撑起雨伞避雨
B.在游泳时遇到雷电,应马上闭气,潜入水中
C.在家中听到雷声时,应关闭电视机、音响等用电器并拔出插头
D.当感觉到身体有电荷时,如头发竖起、皮肤有显著颤动感时,应尽快用手机求救
【答案】BC
【解析】 在旷野遇到雷电,应远离高大树木和建筑物,并应立即蹲下,撑起雨伞有可能引起尖端放电;当感觉到身体有电荷时,如头发竖起、皮肤有显著颤动感时,用手机更容易触发放电现象,A、D两项错误。
点评 本题是对科学态度与责任的考查,要知道尖端放电知识及怎样防雷电。
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