第三節(jié)靜電的利用與防護(hù)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解靜電的利用與防護(hù)，能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象．2．能對靜電平衡狀態(tài)下電荷的分布規(guī)律進(jìn)行分析．3．通過靜電平衡實驗，會探究相關(guān)的靜電問題；通過靜電現(xiàn)象的利用和防護(hù)，增強(qiáng)安全利用靜電的意識，有進(jìn)行科學(xué)普及的興趣和責(zé)任感．知識點一靜電的利用1．靜電噴涂(1)原理：靜電噴涂是一種利用靜電作用使霧化涂料微粒在高壓電場作用下帶上負(fù)電荷，并吸附于帶正電荷的被涂物的涂裝技術(shù)．(2)優(yōu)點：靜電噴涂具有顯著優(yōu)點，如涂層質(zhì)量高、涂料利用率高、對使用者操作技術(shù)要求低等．2．靜電除塵原理：靜電除塵是利用電荷相互作用的性質(zhì)，把帶有不同電性的粉塵從煙氣中分離出來，再分類處理的過程．3．靜電復(fù)印(1)原理：靜電復(fù)印是利用正、負(fù)電荷的吸引力進(jìn)行油墨轉(zhuǎn)移的印刷方式，又稱無壓印刷．(2)應(yīng)用：靜電復(fù)印技術(shù)已發(fā)展成一門成熟的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、模擬式復(fù)印機(jī)、數(shù)字式復(fù)印機(jī)、速印機(jī)、傳真機(jī)等．4．靜電植絨原理：靜電植絨是利用電荷之間同性相斥、異性相吸的性質(zhì)，通過使絨毛帶上負(fù)電荷，令絨毛被吸引到帶正電的被植體表面上．知識點二尖端放電1．空氣的電離：導(dǎo)體尖端處表面的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運動，并使分子中的正、負(fù)電荷分離的現(xiàn)象．2．尖端放電：與導(dǎo)體尖端帶相反電荷的粒子，由于被吸引，而與尖端上電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象．3．尖端放電的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施．(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會減少電能的損失．知識點三防止靜電危害1．靜電危害的分類(1)靜電力造成的不良后果．(2)靜電火花引發(fā)的災(zāi)害．2．防止靜電產(chǎn)生的措施(1)控制靜電的產(chǎn)生．(2)把產(chǎn)生的電荷盡快導(dǎo)走．靜電利用的原理：帶電粒子在靜電力作用下聚集到相應(yīng)帶電極板，從而達(dá)到除塵、噴涂、復(fù)印等目的．1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)我們經(jīng)常看到油罐車車尾有一根導(dǎo)電拖地帶，其作用是將油罐車上的靜電盡快導(dǎo)走． (√)(2)靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再定向移動． (√)2．填空一金屬球，原來不帶電，如圖所示，沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，a、b、c為該直徑上從左向右排列的三點，設(shè)靜電平衡時，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在這三點的電場強(qiáng)度大小分別為Ea、Eb、Ec，則三點電場強(qiáng)度的大小順序為Ec＞Eb＞Ea．如圖所示，把一個不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷．請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？提示：(1)自由電子受到外加電場的電場力，沿外加電場的反方向移動．(2)不能，當(dāng)導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場的合場強(qiáng)為零時，自由電子將停止定向移動．考點1靜電平衡與靜電屏蔽1．靜電平衡(1)靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷定向移動的狀態(tài)．(2)靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零，即E內(nèi)＝0．(3)靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征：①導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零．②導(dǎo)體表面場強(qiáng)垂直表面．如果不垂直，場強(qiáng)就有一個沿導(dǎo)體表面的分量，自由電子還要發(fā)生定向移動，這就不平衡了．③導(dǎo)體為等勢體，表面為等勢面．導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，在導(dǎo)體內(nèi)部移動電荷時，電場力不做功，任意兩點間的電勢差為零，因此導(dǎo)體是等勢體．電荷在導(dǎo)體表面移動時，電場力與位移垂直，也不做功，故表面是等勢面．(4)靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布特點：①導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面．②在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷．2．靜電屏蔽由于靜電感應(yīng)，可使金屬網(wǎng)罩或金屬殼內(nèi)的場強(qiáng)為零，遮擋住了外界電場的影響，這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽．金屬包皮或網(wǎng)罩只能屏蔽外來電場，不能擋住內(nèi)部電荷向外激發(fā)的電場．3．兩種靜電屏蔽現(xiàn)象(1)導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖甲所示．甲乙(2)接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示．【典例1】某科技館的靜電體驗區(qū)，當(dāng)體驗者進(jìn)入一個金屬籠后，金屬籠外面用特斯拉線圈產(chǎn)生200多萬伏的高壓，與金屬籠之間發(fā)生火花放電，但人在金屬籠內(nèi)是非常安全的．則火花放電過程中()A．籠體不帶電荷B．體驗者和籠體帶同種電荷C．體驗者不可與金屬籠內(nèi)壁接觸，否則會發(fā)生觸電D．金屬籠內(nèi)部場強(qiáng)為零，籠體的電勢可能不為零D[金屬籠處于靜電平衡，籠體表面有感應(yīng)電荷，故A錯誤；籠體內(nèi)部沒有電場，因此體驗者不帶電，故B錯誤；體驗者與籠體是等勢體，體驗者與金屬籠內(nèi)壁接觸不會形成電流，不會發(fā)生觸電，故C錯誤；金屬籠內(nèi)部場強(qiáng)為零，由于電勢為相對量，因此籠體的電勢不一定不為零，故D正確．故選D．]靜電屏蔽問題的兩點注意(1)空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場作用，其本質(zhì)都是因為激發(fā)電場與感應(yīng)電場疊加的結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清是哪一部分電場作用，還是合電場作用的結(jié)果．(2)靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)與靜電平衡．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．如圖所示，P為一帶正電球體，球體右側(cè)放置一金屬空腔導(dǎo)體，導(dǎo)體左端接地，A、B、C、D為導(dǎo)體上的四個點，穩(wěn)定時，下列判斷正確的是()A．A點沒有感應(yīng)電荷B．D點沒有感應(yīng)電荷C．感應(yīng)電荷在B點產(chǎn)生電場的電場強(qiáng)度為零D．感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生電場的電場強(qiáng)度為零[答案]B考點2靜電的利用與防護(hù)1．靜電利用的基本原理異種電荷相互吸引，使帶電的物質(zhì)微粒在電荷所產(chǎn)生的力的作用下，奔向并吸附到電極上．2．靜電危害產(chǎn)生的主要原因靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴(yán)重的是靜電放電引起可燃物的起火和爆炸．3．防止靜電危害的主要方法與途徑(1)盡量減少靜電的產(chǎn)生．常用的方法是增大空氣的濕度．(2)盡快把靜電導(dǎo)走，防止靜電積累．常用的最簡單的辦法是接地．【典例2】運輸汽油等易燃易爆物品的車輛總有一條鐵鏈拖在地上，這樣做的目的是()A．發(fā)出聲音，引起路人注意B．減緩車速，保證行車安全C．把靜電引入大地，避免因放電引起爆炸D．與地面發(fā)生摩擦，在運輸車上積累電荷思路點撥：(1)易燃物與電火花易發(fā)生危險．(2)為避免危險應(yīng)把靜電導(dǎo)走，不讓其產(chǎn)生電火花．[答案]C[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)物理和生活息息相關(guān)，聯(lián)系生活實際對物理基本概念的認(rèn)識和理解，是學(xué)好物理的基礎(chǔ)．下列有關(guān)電學(xué)知識的相關(guān)說法正確的是()A．超高壓帶電作業(yè)的工作人員，為了保證安全，他們必須穿上橡膠制成的絕緣衣服B．裝載作業(yè)中，因為傳送帶與被傳送物體間發(fā)生摩擦而帶電，靠近傳送帶的工人容易受到電擊，為避免這種電擊，可以把導(dǎo)體材料如金屬絲等摻到傳送帶材料中C．手術(shù)中給病人用的麻醉藥是易燃品，因此醫(yī)護(hù)人員要穿導(dǎo)電材料制成的鞋子和外套，以避免出現(xiàn)電火花D．古建筑的屋頂設(shè)置各種造型的動物雕塑，以雕塑頭上的角須為避雷針時，其另一端不必引入大地，即可起到避雷的效果BC[超高壓帶電作業(yè)的工作人員，為了保證安全，由靜電屏蔽的原理，他們必須穿上金屬絲制成的絕緣衣服，故A錯誤；裝載作業(yè)中，因為傳送帶與被傳送物體間發(fā)生摩擦而帶電，靠近傳送帶的工人容易受到電擊，為避免這種電擊，可以把導(dǎo)體材料如金屬絲等摻到傳送帶材料中，以便把電荷及時導(dǎo)入大地，故B正確；手術(shù)中給病人用的麻醉藥是易燃品，因此醫(yī)護(hù)人員要穿導(dǎo)電材料制成的鞋子和外套，以避免出現(xiàn)電火花，故C正確；古建筑的屋頂設(shè)置各種造型的動物雕塑，以雕塑頭上的角須為避雷針時，其另一端必需引入大地，才可起到避雷的效果，故D錯誤．故選BC．]回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征有哪些？提示：(1)導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零．(2)導(dǎo)體表面場強(qiáng)垂直表面．(3)導(dǎo)體為等勢體，表面為等勢面．2．寫出幾種靜電的應(yīng)用．提示：靜電除塵、靜電噴霧、激光打印、避雷針等．課時分層作業(yè)(八)靜電的利用與防護(hù)1．一群游客在新疆吐魯番某沙漠景區(qū)自駕游．興致正濃時天色突變，眼見雷雨將至，隨后沙丘高處的幾名游客頭發(fā)直立如同刺猬一般．此時為了保障人身安全，下列最為有效合理的一種避險方式是()A．蹲下并用手觸摸地面 B．往沙漠低處跑C．用水將頭發(fā)淋濕 D．躲進(jìn)汽車?yán)颷答案]D2．如圖所示是靜電噴涂示意圖，被涂物M帶正電，噴槍噴出的涂料微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下向M運動，最后吸附在其表面上，忽略微粒間相互作用，則涂料微粒在靠近M的過程中()A．電勢能減小B．電勢能增大C．受到的電場力保持不變D．受到的電場力一直減小[答案]A3．矩形金屬導(dǎo)體處于正點電荷Q產(chǎn)生的電場中，靜電平衡時，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在導(dǎo)體內(nèi)的電場線正確的是()ABCD[答案]B4．靜電除塵器的工作原理是利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵在電場作用下與氣流分離．如圖所示為其電場分布簡圖，下列說法正確的是()A．虛線可能是等勢線B．電場強(qiáng)度EA＜EB＜ECC．粉塵將在電場力作用下沿著虛線運動D．負(fù)電荷在C點的電勢能小于其在A點的電勢能D[電極是等勢體，其表面是等勢面，根據(jù)電場線與等勢面垂直可知虛線應(yīng)是電場線，故A錯誤；由電場線的疏密表示電場強(qiáng)度的大小，電場線越密，電場強(qiáng)度越大，可知EA＞EB＞EC，故B錯誤；電場線是曲線，若釋放粉塵，在電場力作用下粉塵不會沿著虛線運動，故C錯誤；電場線由高壓電源的正極到負(fù)極，所以C點的電勢高，A點的電勢低，由電勢能公式Ep＝qφ可知，電子在C點的電勢能小于其在A點的電勢能，故D正確．故選D．]5．當(dāng)帶電云層接近地面時，地面上的物體受其影響會感應(yīng)出異種電荷，為了避免遭受雷擊，在高大的建筑物上安裝尖端導(dǎo)體——避雷針．圖為帶電云層和避雷針之間電場線的分布示意圖，有一個帶電粒子(不計重力)從A點運動到B點，則以下說法正確的是()A．粒子帶正電B．電場強(qiáng)度EA＞EBC．粒子的動能EkA＞EkBD．當(dāng)帶電云層靠近地面的過程中，避雷針會有自下而上的電流C[帶電粒子的受力方向指向運動軌跡彎曲方向的內(nèi)側(cè)且與電場線相切，由于受力方向與電場方向相反，故該粒子帶負(fù)電，A錯誤；由電場線的疏密可知場強(qiáng)的強(qiáng)弱，故EA＜EB，B錯誤；由于粒子帶負(fù)電荷，受力方向與運動方向夾角為鈍角，A到B的過程中電場力做負(fù)功，故粒子的動能EkA＞EkB，C正確；根據(jù)題圖可知，云層帶正電，根據(jù)靜電感應(yīng)原理，避雷針上自由電子運動方向自下而上，所以電流方向自上而下，D錯誤．故選C．]6．N95口罩中起阻隔作用的關(guān)鍵層是熔噴布，熔噴布的纖維里加入了駐極體材料，它能依靠靜電感應(yīng)吸附比熔噴布網(wǎng)狀纖維孔洞小很多的0.1μm量級或更小的微粒，從而有了更好的過濾效果．制備駐極體的一種方法是對某些電介質(zhì)材料進(jìn)行加熱熔化，然后在強(qiáng)電場中進(jìn)行極化冷卻．電介質(zhì)中每個分子都呈電中性，但分子內(nèi)正、負(fù)電荷分布并不完全重合，每個分子可以看成是等量異號的電荷對．如圖所示，某種電介質(zhì)未加電場時，分子取向隨機(jī)排布，熔化時施加水平向左的勻強(qiáng)電場，正、負(fù)電荷受電場力的作用，分子取向會發(fā)生一致性的變化．冷卻后撤掉電場，形成駐極體，分子取向能夠較長時間維持．根據(jù)以上信息可知，下列說法正確的是()A．駐極體能夠吸引帶電的微粒，但不能吸引電中性的微粒B．駐極體吸附小微粒利用了靜電感應(yīng)，所以駐極體所帶的總電荷量一定不為零C．不帶電的微粒也能被駐極體吸引，但并不會中和駐極體表面的電荷D．加有駐極體的口罩會因存放時間過長而導(dǎo)致其中的電場衰減從而過期，這是駐極體向外放電使電荷減少的結(jié)果C[駐極體所帶的總電荷量始終為零，但能夠吸引帶電的微粒，也能吸引電中性的微粒，故A、B錯誤，C正確；加有駐極體的口罩會因存放時間過長而導(dǎo)致其中的電場衰減從而過期，這是由于外界震動等作用使駐極體內(nèi)部的分子取向變得不再一致，而不是駐極體向外放電使電荷減少的結(jié)果，故D錯誤．]7．下列生活情境中，利用靜電屏蔽原理的是()A．武當(dāng)山金殿出現(xiàn)的“雷火煉殿”B．燃?xì)庠钌想娮狱c火器的針頭電極C．超高壓作業(yè)服中摻入金屬絲D．靜電復(fù)印機(jī)C[武當(dāng)山金殿的屋頂出現(xiàn)的“雷火煉殿”奇觀是放電現(xiàn)象，故A錯誤；燃?xì)庠钌想娮狱c火器的針頭電極利用了尖端放電原理，故B錯誤；超高壓帶電作業(yè)所穿衣服的織物中摻入金屬絲利用了靜電屏蔽原理，故C正確；靜電復(fù)印機(jī)利用了靜電吸附原理，故D錯誤．故選C．]8．小明同學(xué)做了一個“靜電散花”的小實驗．如圖所示，將紙屑放在帶絕緣柄的金屬板上，用毛皮摩擦橡膠膜使其帶上負(fù)電荷，并放到金屬板的正下方，用手接觸金屬板后移開，再將橡膠膜從金屬板的下面移走，看到金屬板上的紙屑向上飛散開來，則下列說法正確的是()A．當(dāng)帶負(fù)電的橡膠膜放到金屬板的正下方時，金屬板上表面感應(yīng)出正電荷B．當(dāng)用手接觸金屬板，金屬板上的正電荷從手流入大地C．將橡膠膜從金屬板的下面移走后，金屬板的上表面帶正電荷D．向上飛散的紙屑都帶負(fù)電荷C[當(dāng)帶負(fù)電的橡膠膜放到金屬板的正下方時，金屬板下表面感應(yīng)出正電荷，上表面感應(yīng)出負(fù)電荷，A錯誤；當(dāng)用手接觸金屬板，金屬板上的負(fù)電荷從手流入大地，金屬板上多余出正電荷，B錯誤；將橡膠膜從金屬板的下面移走后，金屬板的上表面帶正電荷，C正確；紙屑因帶上正電與金屬板上的正電相互排斥而向上飛散，D錯誤．故選C．]9．(多選)如圖所示為某靜電除塵裝置的示意圖．A、B為電極和集塵板上某點連線上的兩點．不計煙塵微粒與空氣的作用力