物理必修 第三册第5节 静电的利用与防护精品导学案及答案

1.5静电的利用与防护

【学习目标】

1. 了解生产生活中静电的利用。知道静电在静电除尘、静电喷雾、激光打印中的作用，能解释相关的简单现象。
2. 了解生产生活中静电的防护。知道把静电导入地下是避免静电危害的常用方法。知道在有可燃气体、粉尘的环境下如何防止静电事故。

【知识梳理】

一、静电的利用：

1、静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。

2、静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。

3、静电复印的工作过程：

(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。

(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。

(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。

(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。

(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。

二、静电的防护

防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。

防止静电的途径主要有：

①避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。

②避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。

三、静电平衡与静电屏蔽

1．静电平衡的实质

(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。

(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。

(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。

2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点

(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。

(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示。

(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。

甲　　　　　　　　乙

处于静电平衡的导体周围的电场分布情况

静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。可能会引起尖端放电。

3．静电屏蔽的实质

静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。

【经典例题】

例1、　(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是(　　)

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．涂料微粒可以带正电，也可以带负电

例2．如图所示，在桌上放两摞书，把一块洁净的玻璃垫起来，使玻璃离开桌面20～30 cm。在宽0.5 cm的纸条上画出各种舞姿的人形，用剪刀把它们剪下来，放在玻璃下面，然后用一块硬泡沫塑料在玻璃上擦，就可以看到小纸人翩翩起舞了。

(1)为什么小纸人会翩翩起舞？   

(2)如果实验前用一根火柴把“跳舞区”烤一烤，实验效果会更好，此现象说明了什么？

(3)如果向“跳舞区”哈一口气，小纸人跳得就不活跃了，此现象说明了什么？

例3. 　在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少？方向如何？

【巩固训练】

1.(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是(　　)

A．运送汽油的油罐车后有一条拖在地面上的铁链

B．轿车顶部有一根露在外面的天线

C．印染车间总保持适当的湿度

D．铺在房间的地毯中夹杂着0.05 mm的不锈钢丝导电纤维

2.如图为静电除尘示意图，m、n 为金属管内两点。在 P、Q 两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致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(　　)

A．Q 接电源的正极，且电场强度Em＝En

B．Q 接电源的正极，且电场强度 Em＞En

C．P 接电源的正极，且电场强度 Em＝En

D．P 接电源的正极，且电场强度 Em＞En

3．在手术时，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套、一切设备要良好接地，甚至病人身体也要良好接地。这是为了(　　)

A．杀菌消毒 B．消除静电

C．利用静电 D．防止漏电

4．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)试判断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r＝3 m，长为L＝50 m，该除尘器吸附煤粉的能力D＝3.5×10－4 kg/(s·m2)，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)

参考答案：

例1AC

例2 (1)硬泡沫塑料与玻璃板摩擦后带上电荷，与纸人相互吸引。

(2)说明在干燥环境中容易起电，其原因是干燥的空气不会把摩擦后玻璃板上产生的电荷导走。

(3)说明在潮湿的环境下，不易摩擦起电，因为潮湿的空气具有导电能力，把摩擦后玻璃板上产生的电荷导走了。

例3　　方向向右

巩固训练

1. ACD
2. B
3. B
4. 　(1)a为正极，b为负极　(2)带电粒子在电场作用下奔向电极，并吸附在电极上　(3)28.5 t