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及答案

第三节　静电的利用与防护

[学习目标]　1.了解静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒的工作原理.2.知道尖端放电的原理，知道如何利用和防止尖端放电.3.知道如何防止静电危害．

一、静电喷涂

1．工作原理：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．

2．优点：涂层质量高、涂粒利用率高、对使用者操作技巧要求低等．

二、静电除尘

1．结构：将高压电源的正极接在金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上．

2．原理：正、负极间有很强的电场，使气体分子电离为电子和正离子．电子在向着正极(金属圆筒)运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使粉尘带负电，并被吸附到金属圆筒上，粉尘在筒壁积累到一定程度，在重力的作用下落入下面的漏斗中再被排出．

三、静电复印、静电植绒

1．静电复印利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移，其核心部件是一个有机光导体鼓的金属圆柱，其表面被涂上有机光导体(OPC)．没有光照射时，OPC是绝缘体，受到光照时变成导体．

2．静电植绒工作原理：利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质，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．

四、尖端放电

1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正、负电荷分离的现象．

2．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．

尖端放电的应用与防止：

(1)应用：避雷针是利用尖端放电保护建筑物等避免雷击的一种设施．

(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失．

五、防止静电危害

1．静电危害的分类：(1)静电力造成的不良后果；(2)静电火花引起的灾害．

2．防止静电危害的措施：(1)控制静电的产生；(2)把产生的电荷尽快导走．

判断下列说法的正误．

(1)静电喷涂是使雾化的涂料微粒带上负电荷，并吸附于带正电的被涂物．(　√　)

(2)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地．(　×　)

(3)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地．(　√　)

一、静电现象的应用

(多选)如图1为静电除尘器除尘机理的示意图．尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电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(　　)

图1

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．带电尘埃所受静电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静电力越大

答案　BD

解析　由于集尘极与电源的正极连接，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明到达集尘极的尘埃带负电，A错；电场方向由集尘极指向放电极，B正确；尘埃带负电荷，在电场中受静电力的方向与电场方向相反，C错；根据F＝qE可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确．

二、尖端放电

如图2所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接负极．金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头．逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象．先产生放电现象的是(　　)

图2

A．A金属柱

B．B金属柱

C．A、B金属柱同时

D．可能是A金属柱，也可能是B金属柱

答案　A

解析　由于导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象，故选A.

针对训练　避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是(　　)

A．云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地

B．避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷

C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地

D．以上说法都不对

答案　B

解析　带电荷的云层靠近避雷针时，在避雷针尖端感应出与云层电性相反的电荷，达到一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免遭受雷击，故B项正确．

三、静电危害的防止

下列哪些措施利用了静电(　　)

A．油罐车的底下有条铁链搭到地上

B．农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电

C．家用电器如洗衣机接有地线

D．手机一般都装有天线

答案　B

解析　油罐车的底下有条铁链搭到地上，目的是把因油与罐壁摩擦而产生的电荷及时导入大地，保证油罐车的安全，家用电器也一样，A、C错误；农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电，而农作物叶子上一般带有负电，B正确；手机接有天线的目的是更好的接收信号，D错误．

1．(静电喷涂)(多选)静电喷漆是利用静电吸附现象制造的，其喷涂原理如图3所示，则以下说法正确的是(　　)

图3

A．在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场

B．涂料微粒一定带正电

C．涂料微粒一定带负电

D．涂料微粒可能带正电，也可能带负电

答案　AC

解析　工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，是由于喷枪喷嘴与被涂工件之间形成了强电场，由正电荷对涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒带负电荷，故A、C正确．

2．(静电除尘)(多选)如图4所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了．就此示意图，下列说法正确的是(　　)

图4

A．N接电源的正极

B．M接电源的正极

C．电场强度EB＞EA

D．电场强度EB＜EA

答案　AC

解析　电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误．金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示．由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处场强比A处场强大，即EB＞EA，C正确，D错误．

3．(尖端放电　避雷针)(多选)关于避雷针，以下说法正确的是(　　)

A．避雷针避雷是中和云层中的异种电荷

B．避雷针避雷利用了尖端放电现象

C．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形

D．避雷针安装在高大建筑物顶部，且必须接地

答案　ABD

4．(静电危害的防止)在以下的应用或现象中，属于静电防止的是(　　)

A．静电复印

B．静电喷涂

C．静电除尘

D．油罐车用铁链拖地运行

答案　D

解析　静电复印、静电喷涂、静电除尘是静电的应用，油罐车用铁链拖地运行是静电的防止，D正确．

5．(静电危害的防止)地毯中加入少量的金属纤维是为了(　　)

A．避免人走动时产生静电

B．将人走动时产生的静电及时导走

C．增加地毯的强度和韧性

D．对地毯起装饰作用

答案　B