2019-2020学年高中物理 第一章 电场 电流 3 第三节 生活中的静电现象学案 新人教版选修1-1

第三节生活中的静电现象1.了解生活中常见的静电现象，能够用所学的知识解释简单的静电现象(重点难点)2知道尖端放电现象和避雷针的原理(重点)3.了解人类应用静电和防止静电的事例, 学生用书p9)一、放电现象生活中常见的放电现象有：火花放电、接地放电和尖端放电二、雷电和避雷1实验表明，电荷在导体表面的分布是不均匀的，突出的位置，电荷比较密集；平坦的位置，电荷比较稀疏，导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场就特别强，会产生尖端放电2避雷针是利用尖端放电的原理来避雷的1高大的建筑物都需要安装避雷针，可是如果安装不好，没有接在通向地下的金属线上，避雷针反而成了引雷针在这种情况下，会对房屋造成危害吗？为什么？提示：会对房屋造成危害避雷针的尖端安装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连，如果避雷针安装不好，当遇到雷雨时，带有大量静电的云层只能在避雷针上感应出相对少量的电荷，避雷针通过尖端放电，只能中和云层中的少量电荷，那么云层中仍然存在着大量电荷这时避雷针不但不能避雷，还会成为引雷针，把雷引向建筑物，而不是地下，从而造成极大的危害三、静电的应用和防止1静电的应用主要有静电除尘，静电喷漆，静电复印等2静电除尘的原理：烟尘中的带电粒子在静电力作用下，向带异号电荷的电极运动，最后被吸附在电极上，这样可除去烟尘中的微粒2静电喷漆和静电除尘的原理是否相同，与一般的涂刷油漆的方式相比有何优点？ 提示：相同，静电喷漆的喷嘴可使油漆微粒带正电，它们相互排斥，扩散开来形成很大的一团漆云，被吸附在带负电的物体表面静电喷漆的优点是省漆且喷涂均匀静电的产生和放电现象学生用书p91静电的产生和放电两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失，而在不导电的绝缘体如化纤、毛织物等物体上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到一定的电压时就会产生放电现象，产生火花并发出响声2常见的放电现象(1)火花放电当电荷在物体上大量积累时，在物体周围会产生很强的电场如果电场足够强，原来是绝缘体的空气被强电场击穿变为导体，这一现象称为空气的电离强大的电流通过电离的空气时发声、发光、产生电火花并放出大量的热，这就是火花放电现象(2)接地放电用导线把带电体与大地连接起来，从而使带电体上的电荷导入大地这就是接地放电现象油罐车尾部拖一铁链，把车上的电荷导入大地飞机降落时，它与空气摩擦产生的静电通过导电橡胶轮胎导入大地计算机房和大型电话交换机房的地板要用导电良好的材料制成，以防止静电的积累(3)雷电当云层间(或云层与地面间)积累大量的电荷时，空气被电离，发生放电，产生强大的电流，从而产生耀眼的闪光和巨响，这就是电闪和雷鸣(4)尖端放电现象导体的尖端部位特别容易积累电荷，这使尖端附近的空气中的电场特别强，从而发生尖端放电高压输电设备的部件，其表面做得很光滑，就是为了避免因尖端放电而造成电能损失或事故避雷针也应用了尖端放电原理避雷针上的电荷通过针尖放出，逐渐中和云层中的电荷，保护建筑物免遭雷击(1)云层与云层之间或云层与地面之间产生的闪电、雷鸣都是火花放电现象(2)尖端放电的尖端附近电场特别强，使得空气中残存的少量离子加速运动这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象如图所示，运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上，这样做的目的是()a发出声音，引起路人注意b减缓车速，保证行车安全c把静电引入大地，避免因放电引起爆炸d与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷解析在运输汽油等易燃易爆物品时，油罐车由于上下、左右颠簸摇摆，造成油和油罐的摩擦而产生静电，汽车轮胎导电性能不好，难以把静电导入大地，安装铁链的目的就是通过铁链把产生的静电荷导入大地，避免静电的积累而发生火花放电造成火灾或爆炸答案c静电的应用和防止学生用书p101静电的应用：静电也可以被人们利用目前，静电的应用已有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等方面依据的物理原理都是让带电的物质微粒在静电力作用下奔向并吸附到带异种电荷的电极上2静电的危害(1)印刷厂里，纸页之间的摩擦起电，会使纸页粘在一起难以分开，给印刷带来麻烦(2)印染厂里棉纱、毛线、人造纤维上的静电，会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降(3)在制药生产中，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度(4)在家庭中，带静电很多的人从电视机旁走过，会给电视的图像和声音带来干扰(5)静电荷积累到一定程度，会产生火花放电，在地毯上行走的人，与地毯摩擦而带的静电如果足够多，若伸手去拉金属门把手时，手与金属把手间会产生火花放电，严重时会使人痉挛3静电的防止：基本方法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多具体措施则多种多样：在地毯中夹杂0.050.07毫米的不锈钢丝导电纤维，消除静电的效果很好；在印染厂中保持适当的湿度，潮湿的空气可使静电电荷很快消失处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，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，蚊香放出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小c同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大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解析在铝板和缝被针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电而被吸附到铝板上，选项a错；由于静电力做正功，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项c正确，b错误；由于离铝板越近，电场强度越小，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小，选项d错误答案c下列哪些措施是为了防止静电产生的危害()a在高大的建筑物顶端安装上避雷针b在高大的烟囱中安装静电除尘器c静电复印d静电喷漆解析：选a.安装上避雷针是为了通过尖端放电将感应电荷及时导出，避免建筑物遭雷击，静电除尘器、静电复印、静电喷漆都是静电现象的应用，故应选a选项静电除尘及综合应用学生用书p11以煤作燃料的电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重污染环境，利用静电除尘可以除去烟气中的煤粉如图所示是静电除尘器的原理示意图，除尘器由金属管a和悬在管中的金属丝b组成，在a、b上各引电极a、b接直流高压电源假定煤粉只会吸附电子，而且距金属丝b越近场强越大(1)试标出所接高压电源的极性(2)试定性说明静电除尘器的工作原理(3)设金属管a的内径r3 m，长为l50 m，该除尘器吸附煤粉的能力d3.5104 kg/(sm2)，求其工作一天能回收煤粉多少吨？(最后结果取三位有效数字)审题指导 解答本题的关键是知道静电除尘是利用了异种电荷的相互吸引解析(1)电极a接直流高压电源的正极，电极b接直流高压电源的负极(2)吸附电子的煤粉带负电，在静电力作用下奔向带正电的电极a，并吸附在电极上(3)设一天回收煤粉的质量为m，管内表面积s2rl.则m t28.5 t.答案(1)a为正极，b为负极(2)带电粒子在静电力作用下奔向电极a，并吸附在电极上(3)28.5 t利用静电力使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的集尘方式在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极被收集当然近年来通过技术创新，也有采用负极板集尘的方式通常用于以煤为燃料的工厂、电站，收集烟气中的煤灰和粉尘冶金中用于收集锡、锌、铅、铝等的氧化物，现在也可以用于家居的除尘灭菌 随堂检测 学生用书p111下列哪位科学家发现的尖端放电现象()a丹麦物理学家奥斯特b英国物理学家法拉第c美国科学家富兰克林d法国物理学家库仑解析：选c.尖端放电是美国科学家富兰克林发现的，并以此发明了避雷针2下列哪些现象属于静电的应用()a油罐车上有一根拖地的链条b家用电器上的插头使用三头的，其中一头用于接地c空气静电净化器d在高大建筑物上安装避雷针解析：选c.a、d选项均是防止静电，b是防止漏电，一般不是防止静电的，c选项才是应用静电3如图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，当电压升高到一定数值时，可以看到先放电的是()aa金属柱bb金属柱c可能是a金属柱，也可能是b金属柱da、b两金属柱同时放电解析：选a.由于导体电荷分布与形状有关，尖端电荷比较密集，故a金属柱相对b金属柱更容易放电，选项a正确4(多选)在下列措施中，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解析：选ab.飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚积了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患因此飞机降落时要及时导走机身聚积的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电会影响印染质量并给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是车间保持湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，刚好需要应用静电；电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保证电工的安全5住进北方旅店的旅客对服务员说：“有好几次在旅店走廊内与人握手或者按电梯开关时，感到浑身一震，手臂发麻，一定是旅店内有什么地方漏电”服务员说：“请放心，本店经过严格的检查，没有漏电现象”你能解释旅客遇到的情况吗？解析：北方的空气很干燥，人体与衣物由于相互摩擦而积累了电荷，且人穿的皮鞋、走的地毯使人体与大地绝缘，积累的电荷不能及时导入大地当电荷在身上积累过多时与他人握手或接近其他物体时，就会有放电现象发生，人就有了局部触电的感觉因为电荷积累有限，所以不会发生触电事故答案：见解析课时作业 学生用书p73(单独成册)一、单项选择题1人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“噼啪”声，这是因为()a衣服由于摩擦而产生了静电b人体本身是带电体c空气带电，在衣服上放电所致d以上说法均不正确解析：选a.若我们身穿含有化纤成分的衣服，在运动过程中使衣服与衣服之间、衣服和皮肤之间摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷在脱衣服时正电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“噼啪”的放电声，若是晚上还可以看见火花四溅的现象2高压电气设备的金属元件，表面要很光滑，这样做的目的是()a为了美观b为了减少与外界的接触面积c为了避免尖端放电d为了减小和外界的摩擦解析：选c.电荷在导体表面的分布是不均匀的，突出的位置，电荷比较密集；平坦的位置，电荷比较稀疏，可以减少或避免尖端放电而减少电能的损失3下列现象中属于火花放电的是()a在干燥的天气里脱化纤衣服时产生火花b雷雨时高大的树木被雷击中c用避雷针防止建筑物被雷击d燃气灶的电子打火器解析：选a.脱化纤衣服时产生火花是火花放电，雷电、避雷针和燃气灶的放电都是尖端放电，故选项a正确，b、c、d错误4下列关于避雷针的说法中，正确的是()a避雷针避雷是利用尖端放电中和云层中的异种电荷b避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入建筑物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，而不必接地解析：选a.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静电，达到一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免建筑物遭受雷击，选项a正确，b错误；避雷针利用的是尖端放电，顶部必须是尖的，选项c错误；避雷针安装在建筑物顶部，是通过导线接入地下的，选项d错误5人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，其原因是()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，吸引灰尘解析：选d.人造纤维的绝缘性好，摩擦后的静电，不容易导走，积累的静电更容易吸引灰尘6静电复印是静电应用的一种其核心部件硒鼓表面镀硒，硒在没有被光照射时是很好的绝缘体，受到光照射立刻变成导体工作时，先将硒鼓接地，并充电使其表面带上正电荷，然后通过光学系统的工作，将原稿上的字迹投影在硒鼓表面如图所示，硒鼓上的静电潜像是没有被光照射到的地方，即原稿字迹的影则硒鼓表面带电情况是()a静电潜像部分将保持正电荷，其余部分正电荷被导走b静电潜像部分将出现负电荷，其余部分正电荷被导走c静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将保持正电荷d静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将出现负电荷解析：选a.由题干知，静电潜像没有光照射，是绝缘体，正电荷仍将保持，其余部分成为导体，正电荷被导走，故选a.二、多项选择题7雷雨天气，应谨防雷电下面哪些做法是正确的()a雷雨天气外出时，可以在孤立的高大建筑物和大树下避雨b雷雨天气外出时，在空地上应立即蹲下，以免成为雷电袭击的目标c雷雨天气外出时，不可以在户外打手机d以上说法都不对解析：选bc.雷雨天气时，带电的云层与地面之间可能发生强烈放电，云层与孤立的高大建筑物和大树以及空地上站立的人之间更容易发生放电现象；雷雨天气在户外打手机也会引起雷电出现危险所以正确做法是b、c.8下列关于静电除尘的说法中不正确的是()a进入除尘器后，烟雾中的颗粒因被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动b除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒因吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动c烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动d烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到解析：选acd.静电除尘器的两个电极接高压电源，形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出，故a、c、d项都不对，只有b项对9下列说法正确的是()a静电除尘的原理是让灰尘带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附在异种电极上b静电复印的原理是让油墨带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附到带异种电荷的硒鼓上c静电喷涂的原理是让油漆带上电荷，然后在电场力的作用下，奔向并吸附到带异种电荷的工件上d静电复印中硒鼓上的字迹的像实际上是曝光的地方解析：选abc.静电除尘、静电复印和静电喷涂都是利用的异种电荷的相互吸引作用，故选项a、b、c都正确；硒鼓上的字迹是没有曝光的地方，故选项d错误10如图所示为椭圆形带电金属导体，a、b、c是其表面上的三个点，下列判断正确的是()a所带电荷在导体表面均匀分布ba点的电荷最密集，c点的最稀疏cc点附近的场强最大，a点附近的场强最小da点最容易发生放电现象解析：选bd.因为金属导体的形状不是球对称，所以电荷在导体表面不是均匀分布，a点电荷密度大，c点最稀疏，故a错，b对电荷密度大处