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《第九章
静电场及其应用》学习活动设计十一
静电屏蔽与静电吸附
课堂教学：
　　【任务情景】
　　回顾“现场玩转神奇闪电”的视频：两名演员置身闪电中与电流共舞，在两人隔空击掌的动作时，电流通过二人的手掌连成一线；二人手舞足蹈时，闪电则时不时地从头顶和两只手中传递出来。那可是几百万伏的高压电呀！?
　　金属是导体，为什么金属防护服还会保护内部的人，不受外部外界高压电的伤害呢？
　　【学习任务一】了解静电屏蔽现象和静电的防止原理
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　问题1：处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果把一个空腔导体放入电场中，电荷会如何分布？空腔导体内部的电场有什么特点？
　　预测学生回答：根据静电平衡状态下导体上电荷的分布特点可以确定，净电荷只分布在导体的外表面，内表面没有净电荷。所以内部没有电场，即电场强度为零。
　　教师总结提升：处于电场中的空腔导体内部没有电场，也就是说内部是不受周围电场影响的空间。如果把电学仪器或工作的场所放到空腔内部，就不会受到外部电场的影响，我们把空心球壳的这种作用称为静电屏蔽。
　　问题2：实现静电屏蔽的空腔导体外壳一定是密封的吗？金属网罩可不可以？为什么？
　　预测学生回答：不一定是密封的，金属网罩也可以，根据静电平衡状态下导体上电荷的分布可以确定。
　　演示一：使带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。
　　演示二：用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。这些现象说明什么？
　　预测学生回答：实验说明，金属网罩与密闭球壳都可以屏蔽外电场，起到静电屏蔽的作用。
　　追问：视频中的表演者为什么在高电压下安全无恙？
　　预测学生回答：静电屏蔽作用。隔空击掌时，表演者身穿的金属防护服上的电荷会重新分布。最终达到静电平衡时，金属防护服内部电场强度处处为零，所以人不受对方电场的影响，所以即使在高电压下也是安全无恙的。
　　问题3：静电屏蔽在生活中有哪些应用呢？?
　　组织学生讨论，引导学生发言。
　　实例：（1）野外高压输电线受到雷击的可能性很大所以在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。
　　（2）在高压带电作业中，工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。
　　（3）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。
（4)防止有害静电现象发生。医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；煤矿里，静电火花会引起瓦斯炸；加油站的静电火花会引起爆炸……因此,可利用静电屏蔽作用避免这些危险的发生。
　　问题4：根据静电屏蔽，可以得到不受电场干扰的安全空间。空腔球壳能不能把带电体产生的静电场屏蔽在球壳内部，使其外部所有物体都不受其电场干扰呢？为什么？
　　组织同学讨论，小组代表发言。
　　预测学生回答：不能。根据静电平衡，球壳内外表面都有电荷存在。外表面的电荷就会在周围空间产生电场。
　　追问：如果能把外表面的净电荷导走，外面就没有了电场。用什么办法可以把外表面的净电荷导走呢？
　　预测学生回答：接地?。地球也是一个大导体，当金属外壳接地时，导体跟地球就形成了一个大导体，球壳内的带电体就会把球壳和地球组成的导体中的异种电荷吸引到最近端，同种电荷排斥到最远端即地球上，所以球壳的外表面就没有净电荷，不会在外面空间产生电场。
　　【学习任务二】知道静电吸附原理及其在技术中的应用
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　问题1：静电屏蔽消除了静电在生活和技术中的干扰，我们能否利用静电为我们的生活和生产服务？原理是怎样的呢？
　　教师活动：组织学生观察演示实验——用自制简易静电除尘器除尘。
　　学生活动：认真观察实验现象，并交流总结。
　　①实验设计:巧用矿泉水瓶自制静电除尘器。器材包括铁架台、矿泉水瓶、细铁丝、导线、直流高压电源。矿泉水瓶去底，在其中心轴上安装一根直导线(直接穿过瓶盖，瓶盖打孔通风)。矿泉水瓶外绕有多圈细铁丝。将直导线的一端和线圈的一端分别与高压电源的两极相连。
　　②实验演示:开始时，不接通高压电源，点燃蚊香，让烟进入瓶中。当接通高压电源时，矿泉水瓶中的烟立即看不到了，同时可看到管壁吸附了一层烟。演示后引发学生独立思考。
　　预测学生回答：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，我们称之为静电吸附。这一原理在生产技术上被广泛应用。
　　问题2：你知道生活中哪些技术是利用静电吸附这一原理来实现的吗？
　　引导学生阅读课本，回答问题。
　　预测学生回答：
　　（1）静电除尘：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。静电除尘用于粉尘较多的各种场所，除去有害的微粒，或者回收物资，如回收水泥粉尘。
　　（2）静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
　　（3）静电复印：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（OPC）。没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体。复印机复印的工作过程如图所示。
　　【学习小结】
　　1.了解静电屏蔽现象和原理，知道静电现象在生活中的应用。
　　2.知道静电吸附的原理及其在技术中的应用。
　　3.了解生活和生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系。
　　【学习评价自测】
　　1.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是(?????)
　　A.铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织
　　B.电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用
　　C.电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用
　　D.铜丝必须达到一定厚度，才能对人体起到保护作用
　　【答案】C
　　【解析】作业服是用铜丝编织，起到静电屏蔽作用，屏蔽服作用是在穿用后，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用，所以C正确，ABD错误。
　　2.低碳环保是我们追求的生活方式。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，蚊香产生的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。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荷量不变，离铝板越近则加速度越大
　　【答案】B
　　【解析】中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，场强越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误。

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