2021-2022學(xué)年新教材教科版必修第三冊(cè)-第1章-7.靜電的利用和防護(hù)-學(xué)案

7．靜電的利用和防護(hù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．[物理觀念]知道靜電的概念，了解靜電的應(yīng)用、危害與危害的防治方法。2．[科學(xué)思維]掌握靜電產(chǎn)生的原因，了解激光打印、靜電除塵及靜電噴涂的工作原理。知道靜電的危害并能利用科學(xué)防治其危害，能解釋有關(guān)的自然現(xiàn)象。3．[科學(xué)探究]通過學(xué)習(xí)激光打印機(jī)的工作過程，體驗(yàn)靜電的應(yīng)用，通過靜電危害的防治的學(xué)習(xí)，體驗(yàn)科學(xué)的力量。4．[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]通過對(duì)靜電的利用和防護(hù)的學(xué)習(xí)，體會(huì)科學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)的興趣。一、靜電1．定義：靜止的電荷稱為靜電。2．靜電現(xiàn)象：在日常生活中，像衣物使人體受到電擊的這類現(xiàn)象。3．帶電體的絕緣性能越好，電荷越容易積累，產(chǎn)生的電壓就會(huì)越高，就越容易擊穿周圍的空氣而發(fā)生火花放電。說明：一般物體相互摩擦后所帶的電荷量很小，只有微庫(kù)量級(jí)，但是形成的電壓卻很高。二、靜電的利用1．靜電的利用：靜電噴涂、靜電除塵、激光打印、靜電屏蔽等。2．靜電噴涂：設(shè)法使霧化的油漆液滴或固體涂料的細(xì)小顆粒飛離噴嘴時(shí)帶上同種電荷，在電場(chǎng)力作用下飛向作為電極的工件，由于同種電荷的排斥作用，就能夠比擬均勻地沉積于工件外表。3．靜電除塵：設(shè)法使煙塵中的顆粒帶負(fù)電，在靜電力作用下被吸附到正極而收集起來。4．激光打印機(jī)的工作過程(1)計(jì)算機(jī)傳送指令給激光打印機(jī)的微處理器。(2)硒鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，被噴射電子，帶上負(fù)電荷。(3)根據(jù)指令，光射到硒鼓的局部外表，在硒鼓上留下帶負(fù)電的“靜電潛像〞。(4)在硒鼓滾動(dòng)的過程中，吸引不帶電的墨粉。(5)打印紙帶正電荷，受到硒鼓滾壓后“吸走〞了鼓上的墨粉。(6)打印紙穿過定影器的加熱壓輥，紙上的墨粉熔化后被牢固地黏結(jié)在紙上。說明：靜電的利用有很多：如靜電復(fù)印、靜電植絨等。三、靜電的危害1．雷雨云的雷鳴電閃。2．在存放易燃易爆品或產(chǎn)生粉塵、油霧較多的生產(chǎn)場(chǎng)所，靜電火花極易點(diǎn)燃這些易燃物質(zhì)，引起爆炸和火災(zāi)。3．靜電放電可能引起電子設(shè)備的故障，造成電磁干擾。4．靜電放電還可以擊穿集成電路和精密的電子元件。四、靜電危害的防治1．要盡快導(dǎo)走多余電荷，防止靜電積累。2．調(diào)節(jié)空氣的濕度也是防治靜電危害的有效方法。3．在易燃易爆氣體和粉塵聚集的場(chǎng)所保持良好的通風(fēng)，消除靜電火花的引爆條件。4．給導(dǎo)體加一個(gè)金屬尖端，就能把積累的電荷由尖端放走，這稱為尖端放電。說明：避雷針就是尖端放電的例子，可以保護(hù)建筑物免受雷擊傷害。1．思考判斷(正確的打“√〞，錯(cuò)誤的打“×〞)(1)靜電噴涂是利用了靜電。(√)(2)避雷針能防止建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地。(×)(3)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，那么驗(yàn)電器箔片能張開。(×)(4)飛機(jī)輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地。(√)2．對(duì)于靜電噴漆的說法，以下正確的選項(xiàng)是()A．當(dāng)油漆從噴槍噴出時(shí)，油漆粒子帶正電，物體也帶正電，相互排斥而擴(kuò)散開來B．當(dāng)油漆從噴槍噴出時(shí)，油漆粒子帶負(fù)電，物體不帶電，相互吸引而被物體吸附C．從噴槍噴出的油漆粒子帶正電，相互排斥而擴(kuò)散開來，被吸附在帶負(fù)電的物體上D．因?yàn)橛推崃Ｗ酉嗷ヅ懦舛鴶U(kuò)散開來，所以靜電噴漆雖噴漆均勻但浪費(fèi)油漆C[噴槍噴出的油漆粒子帶正電，因相互排斥而散開，形成霧狀，被噴涂的物體帶負(fù)電，對(duì)霧狀油漆產(chǎn)生引力，把油漆吸到外表，從而減少了浪費(fèi)，所以C正確。]3．(多項(xiàng)選擇)以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．靜電除塵的原理是讓灰塵帶上電荷，然后在電場(chǎng)力的作用下，奔向并吸附到帶有異種電荷的電極上B．靜電復(fù)印的原理是讓油墨帶上電荷，然后在電場(chǎng)力的作用下，奔向并吸附到帶異種電荷的白紙上C．靜電噴涂的原理是讓油漆帶上電荷，然后在電場(chǎng)力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上D．靜電復(fù)印中的硒鼓上字跡的像實(shí)際是曝光的地方ABC[灰塵很容易吸附電子，靜電除塵的原理就是吸附負(fù)電荷的灰塵在電場(chǎng)力作用下被吸附到帶正電荷的圓筒上，A對(duì)；靜電復(fù)印和靜電噴涂是分別使油墨和油漆帶電，在電場(chǎng)力作用下吸附到帶異種電荷的預(yù)期部位；靜電復(fù)印曝光時(shí)，在光學(xué)系統(tǒng)作用下，將原稿圖像投射到感光片，并使其形成靜電潛像的過程，曝光時(shí)，感光片亮區(qū)光導(dǎo)體導(dǎo)通，外表電荷迅速消失(亮衰)，暗區(qū)光導(dǎo)體絕緣，外表電荷根本保持(不變)。B、C對(duì)，D錯(cuò)。]靜電的產(chǎn)生、利用和防護(hù)油罐車尾部都裝有導(dǎo)電拖地帶，你知道這是為什么嗎？提示：油罐車在運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，油會(huì)與桶壁摩擦起電，油罐車后面拖一條導(dǎo)電拖地帶就可以將產(chǎn)生的靜電及時(shí)導(dǎo)走，防止靜電積累到一定程度再放電發(fā)生爆炸危害。1．靜電是如何產(chǎn)生的兩種不同的物體相互摩擦可以起電，甚至枯燥的空氣與衣物摩擦也會(huì)起電。摩擦產(chǎn)生的靜電在能導(dǎo)電的物體上迅速流失，而在不導(dǎo)電的絕緣體(如化纖、毛織物等物體)上就不會(huì)流失，而是聚集起來，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的電壓時(shí)就產(chǎn)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生火花并發(fā)出聲響。2．靜電的應(yīng)用和防止(1)靜電的應(yīng)用利用靜電的性質(zhì)應(yīng)用舉例利用靜電能吸引較小物體靜電復(fù)印、靜電噴漆、靜電噴霧、激光打印、靜電除塵利用高壓產(chǎn)生的電場(chǎng)靜電保鮮、靜電滅菌、農(nóng)作物種子處理利用放電產(chǎn)生物臭氧防止紫外線、氮合成氨(2)靜電的防止防止靜電危害的根本方法是盡快把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，防止越積越多。防止靜電的途徑主要有：①防止產(chǎn)生靜電，例如，在可能情況下選用不易產(chǎn)生靜電的材料。②防止靜電的積累，產(chǎn)生的靜電要設(shè)法導(dǎo)走，例如，增加空氣濕度、接地等?！纠?】(多項(xiàng)選擇)靜電的應(yīng)用有多種，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電植絨、靜電復(fù)印等，它們依據(jù)的原理都是讓帶電的物質(zhì)粒子在電場(chǎng)力作用下奔向并吸附到電極上，靜電噴漆的原理如下圖，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()A．在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強(qiáng)電場(chǎng)B．涂料微粒一定帶正電C．涂料微粒一定帶負(fù)電D．涂料微粒可以帶正電，也可以帶負(fù)電思路點(diǎn)撥：(1)由圖可知涂料微粒一定帶負(fù)電。(2)在電場(chǎng)力的作用下涂料微粒奔向工件。AC[靜電噴涂的原理就是讓帶電的涂料微粒在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被吸附到工件上，而到達(dá)噴漆的目的，所以A正確；由題圖知，待噴漆工件帶正電，所以涂料微粒應(yīng)帶負(fù)電，C項(xiàng)正確。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．如圖為靜電除塵示意圖，m、n為金屬管內(nèi)兩點(diǎn)。在P、Q兩點(diǎn)加高電壓時(shí)，金屬管內(nèi)空氣電離。電離出來的電子在電場(chǎng)力的作用下，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電，導(dǎo)致煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了。就此示意圖，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．Q接電源的正極，且電場(chǎng)強(qiáng)度Em＝EnB．Q接電源的正極，且電場(chǎng)強(qiáng)度Em＞EnC．P接電源的正極，且電場(chǎng)強(qiáng)度Em＝EnD．P接電源的正極，且電場(chǎng)強(qiáng)度Em＞EnB[管內(nèi)接通靜電高壓時(shí)，管內(nèi)存在強(qiáng)電場(chǎng)，它使空氣電離而產(chǎn)生電子和正離子。電子在電場(chǎng)力的作用下，向正極移動(dòng)時(shí)，碰到煙塵微粒使它帶負(fù)電。所以金屬管Q應(yīng)接高壓電源的正極，金屬絲P接負(fù)極。構(gòu)成類似于點(diǎn)電荷的輻向電場(chǎng)，所以越靠近金屬絲，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。]尖端放電和靜電屏蔽的應(yīng)用某同學(xué)在學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后對(duì)電工穿的高壓作業(yè)服進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，你能告訴他其中的原理嗎？提示：電工被銅絲編織的衣服所包裹，使體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為零，對(duì)人體起保護(hù)作用。1．靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好似是金屬殼將外電場(chǎng)“擋〞在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零。2．靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼外表上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，到達(dá)靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外外表的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電屏蔽是激發(fā)電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的結(jié)果，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體【例2】如下圖，把原來不帶電的金屬殼B的外外表接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi)，但不與B接觸，到達(dá)靜電平衡后，那么()A．B的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零B．B不帶電C．B的外外表帶正電D．B的內(nèi)外表帶負(fù)電思路點(diǎn)撥：(1)因靜電感應(yīng)，帶正電小球A可使金屬殼內(nèi)外外表產(chǎn)生感應(yīng)電荷。(2)金屬殼B的外外表接地，外外表與大地間可通過接地線發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移，最終使金屬殼外外表不帶電。D[因?yàn)榻饘贇さ耐馔獗斫拥?，所以外外表沒有感應(yīng)電荷，只有內(nèi)外表有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，那么B的內(nèi)外表帶負(fù)電，D對(duì)，B、C錯(cuò)；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場(chǎng)和金屬殼內(nèi)外表感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，所以空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，A錯(cuò)。]處理靜電屏蔽問題的三點(diǎn)注意(1)空腔可以屏蔽外界電場(chǎng)，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場(chǎng)作用，其本質(zhì)都是因?yàn)榧ぐl(fā)電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清是哪一局部電場(chǎng)作用，還是合電場(chǎng)作用的結(jié)果。(2)對(duì)靜電感應(yīng)，要掌握導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷是如何移動(dòng)的，是如何建立起附加電場(chǎng)的，何處會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電荷。(3)對(duì)靜電平衡，要理解導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡時(shí)所具有的特點(diǎn)。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如下圖，將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不跟球壁接觸)，再將一個(gè)懸掛在絕緣細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，但不接觸，那么()A．小球A往左偏離豎直方向，小球B往右偏離豎直方向B．小球A的位置不變，小球B往右偏離豎直方向C．小球A往左偏離豎直方向，小球B的位置不變D．小球A和B的位置都不變B[對(duì)A受力分析：由于靜電屏蔽，B球?qū)η驓だ锩鏇]有影響，A球受力情況不變，A球位置不變，A、C錯(cuò)；對(duì)B受力分析：球殼C不接地，A球?qū)ν饨缬杏绊?，B球受到球殼的引力，B球向右偏離，B對(duì)，D錯(cuò)。]1．物理觀念：靜電、靜電的利用與危害。2．科學(xué)思維：生活、生產(chǎn)中靜電利用、危害與危害防治的原因的解釋。3．科學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法、例證法、比擬法等。1．人造纖維比棉纖維容易沾上灰塵，這是因?yàn)?)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D[人造纖維比棉纖維容易沾上灰塵是由于人造纖維易帶電，使灰塵產(chǎn)生靜電感應(yīng)而被吸引。而易帶電的原因是絕緣性好，不易導(dǎo)走靜電而使電荷積累，所以D正確。]2．如下圖，接地的空心金屬球殼B右側(cè)有一原來不帶電的枕形導(dǎo)體C，現(xiàn)將帶正電的小球A，置于空心金屬球殼B的內(nèi)部，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．球殼B帶負(fù)電，枕形導(dǎo)體C的左端帶負(fù)電B．球殼B帶負(fù)電，枕形導(dǎo)體C的左端帶正電C．球殼B帶負(fù)電，枕形導(dǎo)體C的左端不帶電D．球殼B不帶電，枕形導(dǎo)體C的左端不帶電D[A置于球心后，球內(nèi)部感應(yīng)出負(fù)電荷，由于接地，球外部不帶電，故枕形導(dǎo)體C的左端不帶電，D正確。]3．(多項(xiàng)選擇)以下措施中，屬于防止靜電危害的是()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0.05mm的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維ACD[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(shí)導(dǎo)入大地，防止電荷越積越多，產(chǎn)生劇烈的高壓放電，使油罐車起火爆炸，故A項(xiàng)正確；轎車頂部的天線是用來接收無線電信號(hào)的，如果不露在外面而置于車內(nèi)，那么天線處于金屬外殼包圍中，無法接收或影響無線電信號(hào)的接收效果，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；印染車間保持適當(dāng)?shù)臐穸?，可以將由于摩擦等原因產(chǎn)生的靜電及時(shí)散失，防止影響印染質(zhì)量，故C項(xiàng)正確；地毯中夾雜導(dǎo)電纖維同樣是為了及時(shí)導(dǎo)走由于摩擦等原因產(chǎn)生的靜電，故D項(xiàng)正確。]4．(多項(xiàng)選擇)靜電除塵器除塵原理如下圖。塵埃在電場(chǎng)中通過某種機(jī)制帶電，在電場(chǎng)力的作用下向收塵極遷移并沉積，以到達(dá)除塵目的。以下表述正確的選項(xiàng)是()A．帶電塵埃帶正電荷B．電場(chǎng)方向由收塵極指向電暈極C．帶電塵埃所受電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相同D．在同一位置，帶電荷量越多的塵埃所受電場(chǎng)力越大BD[由題圖可知，電暈極為負(fù)極，收塵極為正極，帶電塵埃