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C、静电的利用与防范第八章电场学习目标：1、知道静电的利用；知道静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印的简单原理；2、知道静电的防范；知道保持湿度、避雷针、良好接地的基本原理。2.接触起电3.感应起电1.摩擦起电回顾、使物体带电的方法2.接地放电1.火花放电一、使物体放电的方法飞机着陆：轮胎用导电橡胶1、静电除尘—锁住黑烟静电的利用小型静电除尘器带负电的空气尘埃在电场力作用下，被带正电的收尘器吸附。原理：原理:电荷相互作用基本构造：金属圆筒B接高压电源正极并接地，筒内金属丝A接高压电源负极。除尘原理：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，正离子被吸附到B上，得到电子又成为分子，电子在向正极运动过程中，使烟气中的煤粉带负电，吸附到正极A上最后在重力作用下落入下面的漏斗中。工业静电除尘器2、静电喷涂静电的利用当油漆从喷枪中喷出时，喷嘴使油漆微粒带正电，它们互相排斥，扩散开来形成一大团漆云，被吸附在带负电的工件表面。这种静电喷涂的方法省漆而均匀。原理：静电喷涂：3、静电植绒静电的利用设法使工作物质带电，带电的工作物质在电场大作用下向作为电极的工件运动，完成静电喷涂和静电植绒。静电植绒4、静电复印⑴半导体硒鼓的特点：⑵复印时先使硒鼓带正电，用光学系统将原稿文字成像在硒鼓上，由于字迹的遮光效果，硒鼓表面没有光照射的部分是很好的绝缘体，能保持电荷，因而留下我们看不到的带正电的“静电潜像”。⑶带负电的墨粉和硒鼓表面接触，被带正电的“静电潜像”吸引，显出墨粉组成的字迹。⑷带正电的白纸与硒鼓表面墨粉组成的字迹接触，将墨粉吸附到白纸上，最后加热使墨粉牢固停留在纸上，完成复印工作。静电的利用没有光照射部分为绝缘体，能保持电荷；有光照射部分为导体，将所带电荷传走。静电复印：1、利用电场对带电粒子的吸引作用:2、利用静电产生的高压放电静电的利用静电利用原理的三种情况如：静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等。如:警棍、电蚊拍、压电打火机、煤气灶打火开关等。电蚊拍它们共同点是使带电的物质微粒在电场力作用下，奔向并吸附到与其带异种电荷的电极上这一基本原理。警棍压电打火机3、利用尖端放电，如：负离子发生器等。电蚊拍：电蚊拍是利用高压放电现象杀死蚊子，先通过电子线路产生高压，相邻的两根金属丝一根电势高，一根电势为0，之间的电压约数百至2000V。当蚊子碰到金属丝后，形成放电通路，发生放电现象。悬浮在空气中的微细灰尘都带正电。负离子能消除静电，吸收聚集悬浮的微细灰尘降落地面，净化空气，促使正负离子趋向平衡。现在市面上一般负离子发生器的原理：模拟自然界“雷电”现象产生负离子，将输入的低电压通过脉冲电路升为直流负高压，由碳素纤维、针尖形向空气放电，电离空气而产生带负电荷的负离子。负离子发生器静电力的不良后果电视机的荧屏表面容易吸附灰尘，使图像的清晰度和亮度下降。混纺衣服上常出现不易拍掉的灰尘。印刷厂里，纸页之间因静电而粘合，给印刷带来不便。制药厂里，因静电吸引尘埃，使药品达不到标准纯度。静电火花引起的危害医院手术台上，静电火花会引起麻醉剂爆炸。煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸。在航天工业里，静电放电会干扰航天器的运行，甚至会造成火箭和卫星的发射失败。在石化工业里，因静电放电引起的事故屡见不鲜。1、静电的危害性静电的防范原理:将静电导走2、静电防范的主要方法静电的防范3、静电防范的主要措施将产生的静电导走保持空气湿度使用避雷针良好接地1、保持空气湿度静电的防范适当增加工作环境的湿度以让静电通过潮湿的空气传导走。如：在印染厂里，棉纱、毛线、化纤上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降，为此适当增加车间内的空气湿度，以让静电通过潮湿的空气传导走。主要方法：消除静电荷的积累。静电的防范原理：静电感应电荷异性相吸，同性相斥。2、使用避雷针(引雷针)尖端放电导体尖端电荷密度大尖端周围电场强空气中残留带电粒子剧烈运动空气电离正负电荷奔向异种电荷尖端失去电荷尖端放电应用:避雷针2）使用避雷针：提前减少累积在云层中的电荷，从而避免雷击的可能。比如：建筑物上装避雷针，从而避免遭受雷击。闪电防护雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则．一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中，所以人长得高还是一件非常痛苦的事情．二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤害．所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，如若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害．第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶．第四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击．总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会．闪电防护静电的防范3、良好接地在含有易燃气体的工厂或实验室里的工作人员要穿一种特制的导电鞋油罐车后要用一根铁链拖在地上在地毯中夹杂一些不锈钢铁丝飞机起落架上的轮胎要用导电橡胶制成——将电荷导入大地而不至于大量积累。维修集成电路板技术员所带的防静电手套如：3）良好接地：是常用的最简单的办法．比如：油罐车后面拖着一条铁链为了及时把摩擦中产生的静电通过铁链导入大地．飞机机轮可以用导电橡胶制造，着陆时将机身的静电导入大地．又如：在地毯中夹杂0.05mm～0.07mm的不锈钢丝，消除静电的效果很好．3）良好接地：是常用的最简单的办法．比如：油罐车后面拖着一条铁链为了及时把摩擦中产生的静电通过铁链导入大地．飞机机轮可以用导电橡胶制造，着陆时将机身的静电导入大地．又如：在地毯中夹杂0.05mm～0.07mm的不锈钢丝，消除静电的效果很好．静电分选：如图所示是一种分离矿石的装置，它可以将粉碎后的石英和磷酸盐的混合物分开来．当混合物从料斗落人振动筛后，混合物在振动筛中不断地来回振动，石英与磷酸盐彼此不断地发生摩擦，从而使石英颗粒带负电，磷酸盐颗粒带正电，然后使它们从如图所示的电场中下落．由于它们所受的电场力方向相反，致使它们彼此分隔开来，达到分离的目的。石英磷酸盐振动筛石英和磷酸盐的混合物参考资料：+-对于体内积存静电较多的人，可以通过“输出”的方式将其消耗掉。勤洗澡、勤换衣服，能有效消除人体表面积聚的静电。赤足有利于体表积聚的静电释放。因此，休闲时，不要放过赤足的一切机会。在家里洒些水，不便弄湿地板的地方，放置一两盆清水，同样可以达到增加室内空气湿度的目的。室内可用加湿器，摆放花草或在室内饲养观赏鱼。电视机不能摆放在卧室。人们看电视时要打开窗户，同电视机保持2－3米距离，看完之后要洗脸、洗手。建议在冬季穿纯棉内衣，被里、床单、被罩等要用天然纺织物，尽量不要穿化纤质地的服装，以减少静电对人的不良影响。多吃蔬菜、水果、酸奶等酸性食品，多饮水，同时补充钙质和维生素C，以减轻静电影响。生活中防静电小知识雷雨中哪里最安全如果闪电击中一个潮湿物体的表面，如一颗树，强大的电流使通道的水分迅速蒸发，高温爆炸而使物体撕成碎片。没有避雷针的高楼和树木，空旷的高地都是危险地带，特别忌讳人举着一把金属杆的雨伞走在小山坡的顶上。最安全的地方是坐在小汽车里。课堂小结静电的利用静电的防范基本途径基本方法——保持空气湿度使用避雷针良好接地静电除尘静电喷涂静电植绒静电复印将产生的静电导走基本原理——让带电微粒在电场力作用下运动2.静电感应现象如图1.7-1所示，将一个不带电的金属导体ABCD放入场强为E0的静电场中，导体内自由电子便受到电场力的作用，要向电场的反方向作定向移动,如图甲所示，并在导体的一个AB面出现负电荷，而CD面将出现等量的正电荷，如图乙所示.在电场中的导体沿着电场强度方向两个端面出现等量异种电荷，这种现象叫做静电感应。产生的电荷为感应电荷。甲图1.7-1静电场中的导体DABCE0乙DBACE0E'感应电荷在导体内部会产生电场E'(称为感应电场).电场E′与E0方向相反，两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。只要导体内部的场强不为零，自由电子就会继续做做定向移动，导体两端的电荷就继续增加，电场E'也要随之增大，导体内部的合电场就要继续减小，直到导体内部的合场强等于零为止(图丙)。丙DBACE0E=0导体（包括表面）中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态.3、静电平衡状态：4、静电平衡状态下导体的特点：⑴导体中没有自由电荷定向移动。⑵导体内部的场强处处为零（如果不为0，则自由电子将继续移动，直至合场强为0）。⑷导体外表面附近电场线与表面垂直。⑸整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。⑶导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。电荷在导体外表面的分布又是怎样的呢？均匀球形导体二、导体上电荷的分布1、静电平衡时，导体内部没有电荷，导体中的净电荷只分布在导体外表面上。法拉第圆筒实验表明：若内部有电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态。中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在外表面2、在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷。反证法：理论证明：研究静电平衡时导体内部的电荷现象:•甲:A的箔片张角逐渐增大•乙:A的箔片始终没有张开结论:•导体内部没有电荷,电荷分布在导体的外表面•导体表面越尖锐的位置电荷越密集,凹陷的位置几乎没有电荷——法拉第圆筒实验三、尖端放电1.空气电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散,也就是使分子中的正负电荷分离，这种现象叫空气的电离。2.尖端放电：尖端附近空气在强电场的作用下被电离后，中性的分子变成带负电的自由电子和带正电的离子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电子，这个现象叫尖端放电。3.应用——避雷针四、静电屏蔽1.空腔导体的特点：净电荷只分布在外表面,内表面不带电,空腔内没有电场。2.静电屏蔽实验演示1：如图1.7-6（a）图，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的箔片张开,这表示验电器受到了外电场的影响.（b）图,如果事先用金属网罩把验电器罩住，验电器的箔片就不张开，即使把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不张开。这表明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。演示2：将收音机置于金属网罩内则声音大大减小图1.7-6(a)(b)静电屏蔽（1）导体壳可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。（2）静电屏蔽的两种情况：①外屏蔽——一个不接地的空腔导体可以屏蔽外电场；即金属内部空间不受壳外部电场的影响.②全屏蔽——接地的封闭导体壳，内部电场对外部没影响,即一个接地的空腔导体可以同时屏蔽内、外电场。通信电缆外面包一层铅皮电学仪器和电子设备外面套有金属罩高压带电作业人员穿金属网衣通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱a.如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷+q.由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如(a)所示，可见外电场对内没有影响，但内电场对外有影响b.当把导体壳接地后,如(b)所示，+q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了,即则内外电场互不影响。图5(a)(b)qq如图5所示：3、静电屏蔽的应用静电屏蔽由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，遮挡了外界电场对它们的影响，这种现象叫做静电屏蔽。静电屏蔽现象静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用回家作业1、练习册P33～34：1～62、完成学案作业讲评压电打火机与静电有关，它没有电源，但有一块压电陶瓷，用手指产生压力后，压电陶瓷产生高压，高压放电的火花点燃打火机。7、哪一种打火机与静电有关？（练习册P34）电蚊拍电蚊拍是利用高压放电现象杀死蚊子的。蚊拍中的电子线路产生高压，相邻两根导线距离很近，电压很高，有数百甚至数千伏。当蚊子碰到两根导线时，形成短路，虽然电荷量不多，对人体无害，但足以将蚊子烧焦杀死。8、观察电蚊拍的结构，说一说为什么能把蚊