高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第三节 静电的利用与防护学案

第三节　静电的利用与防护

学习目标：1.[科学态度与责任]了解尖端放电、静电喷涂等现象及其应用。　2.[科学态度与责任]了解如何防止静电危害。

一、静电的应用

1．静电喷涂：利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上负电荷，并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术。

2．静电除尘：利用电荷相互作用的性质，把带有不同电性的粉尘从烟气中分离出来，再分类处理的过程。

3．静电复印：利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式。

4．静电植绒：利用同种电荷相到排斥，异种电荷相互吸引的性质，通过使绒毛带上负电荷，令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。

5．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。

二、防止静电危害

防止静电产生措施：一是控制静电的产生，可以采用起电较少的设备材料；二是把产生的电荷尽快导走，最简单的方法就是用导线把设备接地，这样可以把电荷导入大地，避免静电积累。

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

 (1)静电喷漆时，当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带正电，物体也带正电，相互排斥而扩散开来。              (×)

(2)静电喷漆时，当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带负电，物体带正电，相互吸引而被物体吸附。              (×)

(3)静电喷漆时，从喷枪喷出的油漆微粒带正电，相互排斥而扩散开来，被吸附到带负电的物体上。              (√)

(4)手机一般装有一根天线是为了利用静电。 (×)

(5)家用电器如洗衣机接有地线是为了利用静电。 (×)

2．(多选)一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上净电荷几乎不存在，这说明(　　)

A．小球上原有的负电荷逐渐消失了

B．在此现象中，电荷不守恒

C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了

D．该现象是由于电子的转移引起，仍然遵循电荷守恒定律

CD　[根据电荷守恒定律，电荷不能消灭，也不能创生，只会发生转移，故A错误；此过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，只是被潮湿的空气导走而已，仍然遵循电荷守恒定律，故B错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，故C正确；该现象是潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移引起，仍遵守电荷守恒定律。故D正确。]

3．如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)下列说法正确的是(　　)

A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电

B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大

C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上

D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功

AB　[尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以 c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误。]

静电的产生是由于不同的物体相互接触或摩擦时，一个物体失去一些电子而带正电，电子转移到另一物体上使其带负电。若在物体分离的过程中电荷难以中和，积累在物体上的电荷就形成了静电。

【例1】　阴极射线管电视机的玻璃荧光屏表面经常有许多灰尘，这主要是因为(　　)

A．灰尘的自然堆积

B．电视机工作时，屏表面温度较高而吸附

C．灰尘玻璃有较强的吸附灰尘的能力

D．电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘

D　[灰尘的自然堆积，但不是主要原因，故A错误；电视机工作时，屏表面温度较高而吸附，但不是主要原因，主要原因是静电吸附灰尘，故B错误；灰尘玻璃有较强的吸附灰尘的能力，故C错误；阴极射线管电视机的工作原理：阴极射线管发射的电子打在电视机的玻璃荧光屏上，而显示图像。由于屏表面有静电而吸附灰尘，故表面经常有许多灰尘，故D正确。]

1．人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，这是因为(　　)

A．人造纤维的导电性好，容易吸引灰尘

B．人造纤维的导电性好，容易导走静电，留下灰尘

C．人造纤维的绝缘性好，不易除掉灰尘

D．人造纤维的绝缘性好，容易积累静电，吸引灰尘

D　[人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘是由于人造纤维易带电，使灰尘产生静电感应而被吸引。而易带电的原因是绝缘性好，不易导走静电而使电荷积累，所以D正确。]

目前静电在各种产业和日常生活中有着重要的应用，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电分选、静电复印、激光打印、喷墨打印等。所依据的基本原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到电极上。

锁住黑烟原理：

1．原理图(如图)

2．基本构造：金属筒A和悬在管中的金属丝B，A接高压电源正极，B接高压电源负极。

3．原理：A、B之间产生强电场，距B越近，场强越大，B附近的空气中的气体分子被电离，成为电子和正离子。正离子被吸到B上，得到电子又成为分子；电子在向正极运动的过程中，使烟气的煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。

4．应用：静电除尘可除去有害的微粒，也可以回收物资，如回收水泥粉尘。

【例2】　(多选)如图所示是静电除尘的原理示意图，A为金属管，B为金属丝，在A、B之间加上高电压，使B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，电子在向A极运动过程中被烟气中的煤粉俘获，使煤粉带负电，最终被吸附到A极上，排出的烟就比较清洁了。有关静电除尘的装置，下列说法正确的是(　　)

A．金属管A应接高压电源的正极，金属丝B接负极

B．金属管A应接高压电源的负极，金属丝B接正极

C．C为烟气的进气口，D为排气口

D．D为烟气的进气口，C为排气口

AC　[静电除尘的理解：强电场把空气电离成电子和带正电的空气分子，电子极小易被粉尘吸附，而空气分子较大不易被粉尘吸附。由于电子易被粉尘吸附，在B处空气被电离后，如果正电荷向A极运动，即A为负极，此过程中正电荷不易被粉尘吸附，故达不到除尘的目的；如果A极为正极，则电子由B向A运动，此过程中电子极易被粉尘吸附，使得粉尘向A极运动而达到除尘的目的，所以A项正确。]

2．如图所示为静电除尘装置示意图，它由金属管A和管中金属丝B组成。有关静电除尘的原理，以下说法正确的是(　　)

A．A接高压电源负极，B接高压电源正极

B．煤粉等烟尘吸附电子后被吸在B上

C．靠近B处电场强度大，B附近空气被电离成阳离子和电子

D．煤粉等烟尘在强大电场作用下电离成阴、阳离子，分别吸附在B和A上

C　[在静电除尘器中，通过除尘器中的金属丝与金属管间直流高压，在金属丝附近产生极强的电场，该强电场附近将空气电离成正离子及电子，煤粉吸收电子后，在电场力的作用下被吸附到金属管的内壁上。根据金属丝与金属管间电场线的分布可分析出靠近金属丝处场强比靠近金属管处的电场强度大。]

1．静电的危害

(1)影响产品的质量。

(2)妨碍电子器件的正常工作甚至损坏某些部件。

(3)由于火花放电而引起火灾或爆炸。

2．防止静电危害的基本方法

(1)把产生的静电迅速导走，以避免静电积累。

(2)通过工艺控制减少因摩擦产生的静电。

(3)静电接地，增加湿度，非导电材料的抗静电处理(在非导电材料中添加导电材料，制成抗静电材料)。

3．油罐车上常拖有一根铁链，它一端与油罐相连、一端拖在地上。在油罐车中因摩擦产生的静电就通过这根铁链及时导入大地，从而避免静电的积累。飞机的轮胎用导电橡胶制造，也是方便在着陆时把机身的静电引入大地。

【例3】　(多选)下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走(　　)

A．飞机轮子上的搭地线

B．印染车间保持湿度

C．复印图片

D．电工钳柄装有绝缘套

AB　[A、B项是把静电导走，C项是利用静电，D项电工钳柄上套有绝缘手套，是为了绝缘防止电工触电。]

3．关于静电的利用和防范，以下说法正确的是(　　)

A．印染厂应保持环境干燥，避免静电积累带来的潜在危害

B．油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上， 避免产生电火花引起爆炸

C．飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚

D．手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧

B　[印染厂的车间，有大量静电产生，因此要保持潮湿，这样才能及时将静电导走，故A错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条的铁链就可以及时的把产生的静电导走，避免产生电火花引起爆炸，故B正确；飞机上的着地轮装有搭地线或用导电橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，故C错误；绝缘性能良好的化纤制品制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故D错误。]

1．下列关于静电的说法中错误的是(　　)

A．静电植绒是利用异种电荷相互吸引而使绒毛吸附在底料上

B．复印机是利用异种电荷相互吸引而使碳粉吸附在纸上

C．电疗针灸是静电在医学上的应用

D．飞机轮胎用导电橡胶制成，是为了避免静电对飞机造成的危害

C　[静电植绒和复印机是利用异种电荷间的吸引力来工作的，属于静电的利用；飞机在起飞和降落时与地面有摩擦，利用导电橡胶制成轮胎可以把静电导走；电疗针灸是利用经络学原理，生物电效应对人体进行保健和辅助治疗，故应选C。]

2．下列措施中不是利用静电作业的是(　　)

A．静电复印　　 B．静电除尘

C．静电喷涂   D．高楼顶端安装避雷针

D　[复印机复印文件资料，就是利用静电墨粉成在鼓上。故A属于静电的利用；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动。故B属于静电的利用；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面。故C属于静电应用；在高楼顶端安装避雷针属于防止静电造成危害，D属于静电的防止，不属于静电应用；故D符合题意。]

3．下列措施是为了防止静电产生的危害？(　　)

A．在高大的建筑物顶端装上避雷针

B．静电复印

C．在高大的烟囱中安装静电除尘器

D．静电喷漆

A　[当打雷的时候，由于静电的感应，在高大的建筑物顶端积累了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端安装避雷针可以把雷电引入地下，保护建筑物的安全，属于静电防止，故A正确；静电复印是利用静电现象将墨粉印在纸上，属于静电的应用，故B错误；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，属于静电应用，故C错误。静电喷漆采用静电作用给金属等物体喷上均匀的漆，故属于静电的应用，故D错误；故选A。]

4．静电现象在自然界中普遍存在，下列不属于静电现象的是(　　)

A．冬天睡觉脱毛衫时，常常会听到噼里啪啦的响声

B．梳过头发的塑料梳子会吸起纸屑

C．将闭合小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流

D．将一绝缘枕形导体靠近带电小球时，枕形导体两端出现等量异种电荷

C　[睡觉脱毛衫时衣服与头发摩擦会产生静电，常常会听到噼里啪啦的响声，是静电现象，选项A不符合题意；梳子与头发摩擦会产生静电，吸起纸屑，是静电现象，选项B不符合题意；线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流属于电磁感应现象，不属于静电现象，选项C符合题意；将一绝缘枕形导体靠近带电小球时，枕形导体两端出现等量异种电荷，也是静电现象，选项D不符合题意。]

5．雷雨天气假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是(　　)

①在大树下避雷雨

②停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨

③不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔

④在空旷地带，最好关掉手机电源

A．①③　　　B．②③  C．①④　　　D．③④

D　[大树、山顶、山脊的凉亭、楼顶等地方是表面具有突出尖端的导体，可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电，故不能避雷雨；快速开摩托车、骑自行车或在雨中狂奔，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象。所以选D。]