《生活中的靜電現(xiàn)象》學(xué)案設(shè)計

《生活中的靜電現(xiàn)象》學(xué)案設(shè)計一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解放電現(xiàn)象，知道尖端放電的原理。2．通過了解雷電和避雷方法，認(rèn)識人類社會在發(fā)展過程中如何適應(yīng)自然，建立人類必須與自然相互依存、和諧發(fā)展的知識。3．了解人類應(yīng)用靜電和防止靜電的事例。

二、學(xué)習(xí)過程任務(wù)一：認(rèn)識放電現(xiàn)象（1）觀察演示實驗：小結(jié)：導(dǎo)體尖銳部位的電荷特別密集，尖端附近的電場就特別強，會產(chǎn)生尖端放電。（2）請你閱讀課本第10頁和下例資料后回答問題：放電現(xiàn)象

帶電物體失去電荷的現(xiàn)象叫做放電．常見的放電現(xiàn)象有以下幾種：1．接地放電地球是良好的導(dǎo)體，由于它特別大，所以能夠接受大量電荷而不明顯地改變地球的電勢，這就如同從海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明顯改變海平面的高度一樣。如果用導(dǎo)線將帶電導(dǎo)體與地球相連，電荷將從帶電體流向地球，直到導(dǎo)體帶電特別少，可以認(rèn)為它不再帶電。（如果導(dǎo)體帶正電，實際上是自由電子從大地流向?qū)w，這等效于正電荷從導(dǎo)體流向大地。）生產(chǎn)中和生活實際中往往要避免電荷的積累，這時接地是一項有效措施。

2．火花放電當(dāng)高壓帶電體與導(dǎo)體靠得很近時，強大的電場會使它們之間的空氣瞬間電離，電荷通過電離的空氣形成電流。由于電流特別大，產(chǎn)生大量的熱，使空氣發(fā)聲發(fā)光，產(chǎn)生電火花，這種放電現(xiàn)象叫火花放電?；鸹ǚ烹娫谏钪谐龅健８稍锏亩?，身穿毛衣和化纖衣服，長時間走路之后，由于摩擦，身體上會積累靜電荷。這時如果手指靠近金屬物品，你會感到手上有針刺般的疼痛感。這就是火花放電引起的。如果事先拿一把鑰匙，讓鑰匙的尖端靠近其他金屬體，就會避免疼痛。在光線較暗的地方試一試，在鑰匙尖端靠近金屬體的時候，不但會聽到響聲，還會看到火花．在一些工廠或?qū)嶒炇依?，存在大量易燃?xì)怏w，工作人員要穿一種特制的鞋，這種鞋的導(dǎo)電性能很好，能夠?qū)㈦姾蓪?dǎo)入大地，避免電荷在人體上的積累，以免產(chǎn)生火花放電，引起火災(zāi)。

3．尖端放電通常情況下空氣是不導(dǎo)電的，但是如果電場特別強，空氣分子中的正負(fù)電荷受到方向相反的強電場力，有可能被“撕”開，這個現(xiàn)象叫做空氣的電離。由于電離后的空氣中有了可以自由移動的電荷，空氣就可以導(dǎo)電了?？諝怆婋x后產(chǎn)生的負(fù)電荷就是電子，失去電子的原子帶正電，叫做正離子。由于同種電荷相互排斥，導(dǎo)體上的靜電荷總是分布在表面上，而且一般說來分布是不均勻的，導(dǎo)體尖端的電荷特別密集，所以尖端附近空氣中的電場特別強，使得空氣中殘存的少量離子加速運動。這些高速運動的離子撞擊空氣分子，使更多的分子電離。這時空氣成為導(dǎo)體，于是產(chǎn)生了尖端放電現(xiàn)象。尖端放電在技術(shù)上有重要意義。高壓輸電導(dǎo)線和高壓設(shè)備的金屬元件，表面要很光滑，為的是避免因尖端放電而損失電能或造成事故。問題1：放電現(xiàn)象有哪些？問題2：什么是火花放電？什么是接地放電？問題3：尖端放電的原理是什么？尖端放電的原理有何應(yīng)用？

任務(wù)二：認(rèn)識雷電（1）閱讀下列資料：雷電

1．產(chǎn)生：雷電是發(fā)生在大氣層中大氣或云塊在氣流作用下產(chǎn)生異性電荷的積累使某處空氣被擊穿，電荷中和產(chǎn)生強烈的聲、光、電并發(fā)的一種物理現(xiàn)象，通常是指帶電的云層對大地之間，云層與云層之間，云層內(nèi)部的放電現(xiàn)象。這個放電的過程會產(chǎn)生強烈的閃電和巨大的聲響，即人們常說的“電閃雷鳴”。

2．原因：雷電是一種常見的大氣放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。在夏天的午后或傍晚，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空，形成大范圍的積雨云，積雨云頂部一般較高，積雨云的不同部位聚集著大量的正電荷或負(fù)電荷，可達(dá)20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷，云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主從而形成雷雨云。而地面因受到近地面雷雨云的靜電感應(yīng)，也會帶上與云底相反符號的電荷，兩者相當(dāng)于一個巨大的電容器。一般情況下，我們把地面看成零電勢面，積雨云與地面的高度差比較大，根據(jù)U=Ed，積雨云與地面間的電場強度與距離都很大，所以它們間的電勢差很大，即電壓很大。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。閃電的平均電流是3萬安培，最大電流可達(dá)30萬安培。一個中等強度雷暴的功率可達(dá)一千萬瓦，相當(dāng)于一座小型核電站的輸出功率．當(dāng)云層里的電荷越積越多，使電場強度達(dá)到一定強度時，就會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強行放電。當(dāng)云層放電時，由于云中的電流很強，通道上的空氣瞬間被燒得灼熱，溫度高達(dá)6000--20000℃，所以發(fā)出耀眼的強光，這就是閃電。而閃道上的高溫會使空氣急劇膨脹，同時也會使水滴汽化膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，這種強烈的沖擊波活動形成了雷聲。

3．危害：自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。最新統(tǒng)計資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財產(chǎn)損失不計其數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因雷擊以及雷擊負(fù)效應(yīng)造成的人員傷亡達(dá)3000～4000人，財產(chǎn)損失在50億元到100億元人民幣。雷電災(zāi)害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業(yè)?，F(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，帶來的負(fù)效應(yīng)之一就是其抗雷擊浪涌能力的降低．以大規(guī)模集成電路為核心組件的測量，監(jiān)控，保護(hù)，通信，計算機網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)電子設(shè)備廣泛運用于電力，航空，國防，通信，廣電，金融，交通，石化，醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域，以大型CMOS集成元件組成的這些電子設(shè)備普遍存在著對暫態(tài)過電壓，過電流耐受能力較弱的缺點，暫態(tài)過電壓不僅會造成電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作，也會造成更大的直接經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的社會影響。

4．防雷：預(yù)防雷電總的原則：一是人體的位置盡量降低，以減少直接雷擊的危險；二是人體與地面的接觸部分如雙腳要盡量靠近，與地面接觸越小愈好，以減少“跨步電壓”。（1）在野外，應(yīng)立即尋找蔽護(hù)所。以裝有避雷針的，鋼架的或鋼盤混凝土建筑物，作為避雷場所，具有完整金屬車廂的車輛也可以利用。（2）沒有掩蔽所時，要遠(yuǎn)離高壓輸電線。高壓輸電線均為裸線且電壓均在萬伏以上，如果離高壓線的距離小于18米時，容易造成極嚴(yán)重的觸電事故。（3）千萬不要靠近空曠地帶或山頂上的孤樹，這里最易受到雷擊；高樹林子的邊緣，電線，旗桿的周圍和干草堆，帳篷等無避雷設(shè)備的高大物體附近，鐵軌，長金屬欄桿和其他龐大的金屬物體近旁，山頂，制高點等場所也不能停留。這些地方最容易遭遇雷電襲擊。（4）雷電期間，如正在駕車，應(yīng)留在車內(nèi)。車殼是金屬的，因屏蔽作用，就算閃電擊中汽車，也不會傷人。因此，車廂是躲避雷擊的理想地方。但是雷電期間最好不要騎馬，騎自行車，騎摩托車和開敞篷拖拉機；不要攜帶金屬物體在露天行走，不要使用手機；不要靠近避雷設(shè)備的任何部分；盡量不要使用設(shè)有外接天線的收音機和電視機，不要接打電話。（5）如果你在江，河，湖泊或游泳池中游泳時，遇上雷雨則要趕快上岸離開。因為水面易遭雷擊，況且在水中若受到雷擊傷害，還增加溺水的危險。另外，盡可能不要呆在沒有避雷設(shè)備的船只上，特別是高桅桿的木帆船。（6）如果在空曠的野外無處躲避，應(yīng)該盡量尋找低凹地（如土坑）藏身，或者采用盡量降低重心和減少人體與地面的接觸面積，立即下蹲，雙腳并攏，手放膝上，身向前屈，千萬不要躺在地上，壕溝或土坑里，如能披上雨衣，防雷效果就更好．在野外的人群，無論是運動的，還是靜止的，都應(yīng)拉開幾米的距離，不要擠在一起，也可躲在較大的山洞里。（7）注意當(dāng)你感到皮膚刺痛或頭發(fā)豎起，是雷電將至的先兆，要立即倒在地上。受到雷擊的人可能被燒傷或嚴(yán)重休克，但身上并不帶電，可以安全地加以處理。（8）如有強雷鳴閃電時你正巧在家里，建議無特殊需要，不要冒險外出。但也應(yīng)注意以下幾點：①不宜在建筑物朝天平面（天面）上活動。因為當(dāng)朝天平面發(fā)生直接雷擊時，強大的雷電流可導(dǎo)致人員傷亡。②不宜使用淋浴器。因為水管與防雷接地相連，雷電流可通過水流傳導(dǎo)而致人傷亡。③緊閉門窗，防止側(cè)擊雷和球雷侵入。

5．利用：雷電中所蘊涵的能量很多，全世界一天的雷電放電的能量可以足夠人類用一年。如果能好好的將雷電利用起來，將使人類對與其他能源的依賴大大減少．但是以現(xiàn)在的技術(shù)條件來說，人類對于雷電的應(yīng)用仍處于設(shè)想階段。

①雷電是一種無污染的能源，它一次放電能達(dá)1至10億焦耳。中國成語中就有“雷霆萬鈞”之力一詞（霆：劈雷，鈞：古代的重量單位，合當(dāng)時30斤）。利用這種巨大的沖擊力，可以夯實松軟的基地，從而為建筑工程節(jié)省大量的能源。根據(jù)高頻感應(yīng)加熱原理，利用雷電產(chǎn)生的高溫，可使巖石內(nèi)的水分膨脹，達(dá)到破碎巖石，開采礦石之目的。

②雷電能治?。好繄隼子赀^后，空氣中的氣體分子在雷電場的作用下，會分離出帶負(fù)電的負(fù)氧離子。研究人員測試表明，雷雨過后，每立方厘米空氣中的負(fù)氧離子可達(dá)1萬余個，而晴天里的鬧市區(qū)，負(fù)氧離子僅幾十個。實驗表明：被稱作“空氣的維生素”的負(fù)氧離子，對人體健康很有利。醫(yī)療專家模擬雷雨的神奇作用，將負(fù)氧離子引入病房，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)室內(nèi)空氣中的負(fù)氧離子與正離子的比例調(diào)控在9比1之時，對氣喘，燒傷，潰瘍以及其他外傷的治療有促進(jìn)作用，可使居室內(nèi)細(xì)菌，病毒減少；同時，對過敏性鼻炎，神經(jīng)性皮炎，關(guān)節(jié)疼痛等病癥均有一定的療效。釣魚的朋友有一條漁諺云：“寧釣雷雨后，不釣雷雨前。”也是基于這個道理。此外，雷鳴電閃時，強烈的光化學(xué)作用，還會促使空氣中的一部分氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成具有漂白和殺菌作用的臭氧。伴隨著雷電的上升氣流，可將停滯于對流層下面的污染大氣攜帶到10公里以上的平流層底部。③它可以制造氮肥：發(fā)生雷電時，大氣中的閃電通道可達(dá)幾千米長，溫度極高，有大量的氮和氧化合成二氧化氮。生成的二氧化氮溶解于雨水中，變成濃度不高的硝酸，落入土壤中，又和其他物質(zhì)化合變成硝石。是大自然對人類無償?shù)亩髻n。④雷電可預(yù)示天氣：農(nóng)諺云：“東閃日頭西閃雨”因中國地處西風(fēng)帶內(nèi)，云雨大多從西邊移動過來影響本地。其他還有“南閃火門開，北閃有雨來”等。⑤雷電找礦：雷電愛打擊容易導(dǎo)電的物體，利用這一特點，為地質(zhì)勘探人員尋找金屬礦床提供了線索。閱讀后結(jié)合教材第10頁和第11頁，請你談?wù)劮览椎囊恍┚唧w方法。

（2）閱讀教材第12頁的STS后回答：問題1：雷電屬于哪一種放電現(xiàn)象？問題2：如何避免高大建筑物遭到雷擊？問題3：避雷針的發(fā)展歷史是怎樣的？

任務(wù)三：認(rèn)識靜電的防止和應(yīng)用請你閱讀下列資料：

靜電的防止和應(yīng)用

防止：在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產(chǎn)生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能，但可以采取一些措施控制靜電使其不產(chǎn)生危害。如生活中的一些具體做法：

1．室內(nèi)要保持一定的濕度，室內(nèi)要勤拖地、勤灑水，或用加濕器加濕；要勤洗澡、勤換衣服，以消除人體表面積聚的靜電荷。2．發(fā)現(xiàn)頭發(fā)無法梳理時，將梳子浸入水中片刻，等靜電消除之后，便可以將頭發(fā)梳理服帖了。脫衣服之后，用手輕輕摸一下墻壁，摸門把手或水龍頭之前也要用手摸一下墻，將體內(nèi)靜電“放”出去，這樣靜電就不會傷你了。對于老年人，應(yīng)選擇柔軟、光滑的棉紡織或絲織內(nèi)衣、內(nèi)褲，盡量不穿化纖類衣物，以使靜電的危害減少到最低限度。3．出門前去洗個手，或者先把手放墻上抹一下去除靜電，還有盡量不穿化纖的衣服。4．為避免靜電擊打，可用小金屬器件（如鑰匙）、棉抹布等先碰觸大門、門把、水龍頭、椅背、床欄等消除靜電，再用手觸及。5．穿全棉的內(nèi)衣。

6．準(zhǔn)備下車的時候，用右手握住檔，然后用手指碰著下面鐵的部位，然后開車門，把左手放在車門有鐵的位置，但是左手別松，然后把右手放掉，下車，這時候你再用右手抓著門就不會被電到了接下去，用力一關(guān)。應(yīng)用：目前靜電已經(jīng)有多種應(yīng)用，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等。以煤作燃料的工廠、電站，每天排出的煙氣帶走大量的煤粉，不僅浪費燃料，而且嚴(yán)重地污染環(huán)境．利用靜電除塵可以消除煙氣中的煤粉．除塵器由金屬管A和懸在管中的金屬絲B組成，A接到高壓電源的正極，B接到高壓電源的負(fù)極，它們之間有很強的電場，而且距B越近，場強越大．B附近的空氣分子被強電場電離，成為電子和正離子．正離子被吸到B上，得到電子，又成為分子．電子在向著正極A運動的過程中，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電，吸附到正極A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中．靜電除塵用于粉塵較多的各種場所，除去有害的微粒，或者回收物資，如回收水泥粉塵。

設(shè)法使油漆微粒帶電，油漆微粒在電場力的作用下向著作為電極的工件運動，并沉積在工件的表面，完成噴漆的工作。這就是靜電噴涂．使絨毛帶電，可以使絨毛植在涂有粘著劑的紡織物上，形成像刺繡似的紡織品．這就是靜電植絨。

靜電復(fù)印可以迅速、方便地把圖書、資料、文件復(fù)印下來．靜電復(fù)印機的中心部件是一個可以旋轉(zhuǎn)的接地的鋁質(zhì)圓柱體，表面鍍一層半導(dǎo)體硒，叫做硒鼓．半導(dǎo)體硒有特殊的光電性質(zhì)：沒有光照射時是很好的絕緣體，能保持電荷；受到光的照射立即變成導(dǎo)體，將所帶的電荷導(dǎo)走。

復(fù)印每一頁材料都要經(jīng)過充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印等幾個步驟．這幾個步驟是在硒鼓轉(zhuǎn)動一周的過程中依次完成的．充電：由電源使硒鼓表面帶正電荷。曝光：利用光學(xué)系統(tǒng)將原稿上的字跡的像成在硒鼓上。硒鼓上字跡的像，是沒有光照射的地方，保持著正電荷．其他地方受到了光線的照射，正電荷被導(dǎo)走．這樣，在硒鼓上留下了字跡的“靜電潛像”．這個像我們看不到，所以稱為潛像．顯影：帶負(fù)電的墨粉被帶正電的“靜電潛像”吸引，并吸附在“靜電潛像”上，顯出墨粉組成的字跡．轉(zhuǎn)?。簬д姷霓D(zhuǎn)印電極使輸紙機構(gòu)送來的白紙帶正電。帶正電的白紙與硒鼓表面墨粉組成的字跡接觸，將帶負(fù)電的墨粉吸到白紙上。

此后，吸附了墨粉的紙送入定影區(qū)，墨粉在高溫下熔化，浸入紙中，形成牢固的字跡．硒鼓則經(jīng)過清除表面殘留的墨粉和電荷，準(zhǔn)備復(fù)印下一頁材料。

問題1：靜電有哪些應(yīng)用？問題2：哪些地方應(yīng)該防止靜電？任務(wù)四：小結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容

任務(wù)五：請你當(dāng)堂檢測

1．為了防止靜電的危害，應(yīng)盡快把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走