第八章 C 静电的利用与防范

执教：黄浦区教师进修学院 严明

一、教学任务分析

“静电的利用与防范”是电场这章节的知识拓展内容，教师在讲解时注意激发学生的积极性，培养学生的观察能力。生活中的静电现象比较常见，教师可以通过录像、图片等方法让学生更多的了解静电现象，并引导学生利用所学对有害静电提出有效的防止措施；另外针对静电的利用，重点讲解静电的利用原理。可讲解静电复印、静电除尘等。

学习静电的利用与防范需要以静力学和运动学等知识为基础。

在教学中，注意培养学生的社会责任感，联系实际，关心社会，让学生体验客观事物的两面性，树立趋利避害的价值观与关注科学发展对技术进步的巨大作用。

二、教学目标

1．知识与技能

（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；

（3）知道雷电现象及其危害，初步学会避雷方法；

（4）了解静电知识在生产、生活中的广泛应用。

2．过程与方法

（1）通过对自然现象的回想和观察，经历多种静电技术虚拟应用的过程。

（2）通过对静电知识的学习，感受运用静电知识能为人类提供便捷。

3．情感、态度与价值观

（1）通过对现代技术的巧妙应用，激发学习的兴趣。

（2）关注科学发展对技术进步的巨大作用。

（3）体验客观事物的两面性，树立趋利避害的价值观。

（4）通过雷电伤害事故的介绍，使学生感悟生命的价值，增强安全意识。

三、教学重点与难点

重点：静电利用的简单实例和防范静电的基本方法。

难点：静电复印原理。

四、教学资源

1、器材

小型静电球；实物投影仪；电脑。

2、课件

相关视频材料、自制课件。

五、教学设计思路

本设计包括静电的基本概念、静电的利用实例、静电的防范三部分内容。

本设计的基本思路是：从玩具小型静电球演示和科技馆静电球视频入手，在引起学生的兴趣和讨论的基础上，以“静电”为研究对象，了解静电的基本概念，知道静电利用实例和防范方法。

本设计要突破的重点是：静电利用的简单实例和防范静电的基本方法。方法是：通过介绍生活中常用的一些静电设备，配合视频资料解释静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印的简单原理，知道静电在生活、生产中的危害和防范基本方法。

本设计要突破的难点是：静电复印原理。方法是：通过图片将复印过程一步一步的分解开进行讲解，对显影、定影等内容不做详细介绍，只突出硒鼓的作用和静电潜像的基本原理。

本设计强调教学内容提高物理教材的现代技术含量，将物理知识的学习与实际生活和生产的实践结合起来。强调问题讨论、观察研究、大家谈、教师指导等多种角度，强调通过学生主动参与，培养学生观察、比较判断、语言表达的能力。提高探究学习的兴趣，体验客观事物的两面性，树立趋利避害的价值观，关注科学发展对技术进步的巨大作用。

完成本设计的内容约需1课时。

六、教学流程

1、教学流程图

2．流程图说明

情景

静电球，设问1。

活动Ⅰ 自主学习

自学阅读书上有关静电除尘和静电植绒的内容，小组讨论后回答下列问题：

（1）根据课本上的原理图，讲述静电噴漆的原理。

（2）在静电噴漆的基础上如何实现静电植绒？

活动Ⅱ 大家谈

事先请同学们分小组回家在网上收集材料：关于日常生活中的静电的危害与防范静电的常用方法。然后上课时大家交流。

活动Ⅲ STS、现代新型防雷

通过STS知识的介绍，巩固所学知识，增强安全意识。

3、教学主要环节

本设计采用情景——活动——问题——归纳——应用的模式组织教学，整个教学过程可分为三个主要的教学环节：

第一环节，通过情景和视频的演示，激发学习的兴趣，引入静电的基本知识。

第二环节，通过介绍静电的利用实例，特别是静电复印的原理，加强对静电的理解。认识静电在日常生活和生产中的实际，体验客观事物的两面性，树立趋利避害的价值观。

第三环节，通过STS知识的介绍，巩固所学知识，感悟生命的价值，增强安全意识。

七、教案示例

（一）情景引入

拿出一个玩具静电球请学生上来用手指摸一下，会发现有如图所示的效果，学生纷纷好奇尝试。然后再播放一段科技馆大型静电球一位长发女生触摸后头发竖起的视频。

这种现象是由于什么原因造成的呢？（由学生回答）

本节课我们就来学习静电的有关知识。

（二）导入新课

1、静电的基本概念

（1）什么叫静电——即相对静止不动的电荷，通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。

（2）静电放电——指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移。通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。

2、静电产生的原因

（1）微观原因

根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。

（2）宏观原因

①物体间摩擦生热，激发电子转移；

②物体间的接触和分离产生电子转移；

③电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；

④摩擦和电磁感应的综合效应。

3、常用物品的摩擦起电序列

下表中越靠左侧的物品，越易产生负电荷；反之，越靠右侧的物品，越易产生正电荷。亦即，在序列中距离越远的物品之间相互接触分离或摩擦，产生的静电电位就越高。

(-)

(+)

聚乙烯

金

银

铜

硬橡皮

棉花

纸

铝

羊毛

尼龙

人的头发

玻璃

人手

（三）静电的利用

1、静电除尘

2、静电植绒

【活动Ⅰ：自主学习】自学阅读书上有关静电除尘和静电植绒的内容，小组讨论后回答下列问题：

（1）根据课本上的原理图，讲述静电噴漆的原理。

（2）在静电噴漆的基础上如何实现静电植绒？

3、静电复印——激光打印机工作原理

先播放相关视频资料。

激光打印机快速、高效，文本打印效果无出其右，如今，彩色激光打印机的图像输出效果也几近完美．但不象其它打印机的原理那么容易理解，大多数人对激光打印机的工作原理不甚了了，我们就介绍一下黑白激光打印机的工作原理。

当计算机通过电缆向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组，对于激光打印机而言，这个信号组就是驱动激光头工作的一组脉冲信号。

激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术，这种技术融合了影像学与电子学的原理和技术以生成图像，核心部件是一个可以感光的硒鼓。激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，随着反射镜的转动，光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过（中途有各种聚焦透镜，使扫描到硒鼓表面的光点非常小），硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅转动，扫描又在接下来的一行进行。硒鼓是一只表面涂覆了有机材料的圆筒，预先带有电荷，当有光线照射时，受到照射的部位会发生电阻的变化．计算机所发送来的数据信号控制着激光的发射，扫描在硒鼓表面的光线不断变化，有的地方受到照射，电阻变小，电荷消失，也有的地方没有光线射到，仍保留有电荷，最终，硒鼓表面就形成了由电荷组成的潜影。

墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒，其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反，当带有电荷的硒鼓表面经过涂墨辊时，有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒，潜影就变成了真正的影像。硒鼓转动的同时，另一组传动系统将打印纸送进来，经过一组电极，打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷，随后纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上，图像就在纸张表面形成了。此时，墨粉和打印机仅仅是靠电荷的引力结合在一起，在打印纸被送出打印机之前，经过高温加热，塑料质的墨粉被熔化，在冷却过程中固着在纸张表面。

将墨粉传给打印纸之后，硒鼓表面继续旋转，经过一个清洁器，将剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环。

我们以在一张纸上打印字母A的过程为例来具体说明上述过程：首先，打印机接收到计算机打印数据以后，经自己的运算芯片运算，然后向激光头发送一组脉冲信号，例如，左图中用绿线标出的那一行的信号就类似右图所示（示意图）。

由脉冲信号操纵，激光束在扫描过硒鼓表面时有时发光，有时不发光。硒鼓表面是一层光敏材料，经电极作用预先带上了正电荷，这种材料在黑暗中有很高的电阻，当有光线照射时，电阻会急剧下降，表面的电荷也就经导电的内筒传导掉了，受到激光照射的部位没有电荷，而没有受到激光照射的部位仍带有正电荷，这样，硒鼓表面就形成了由正电荷组成的文字潜影。

随后硒鼓表面经过一个墨粉施加辊，辊子上所带的墨粉颗粒带有负电荷，由于静电吸引，硒鼓上带有正电荷的部位就吸附了墨粉，成为黑色（当然，墨粉也可以是其它颜色的）。

送纸系统将打印纸送进来从硒鼓表面经过，纸张经电极作用带上了很强的正电荷，这样，硒鼓上的墨粉就被吸附到纸张上：经加热墨粉在纸张表面固着，打印完成。

（四）静电的危害与防范

1、静电造成的危害

（1）高压静电放电造成电击，危及人身安全。

（2）在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。

（3）电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。

（4）胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质。

（5）造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产。

（6）纺织工业：造成绒丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。

静电的危害有目共睹，现在日常生活中和工业生产中越来越多的已经开始实施各种程度的防静电措施和工程。

2、静电的防范

【活动Ⅱ：大家谈】（事先网上收集的防范静电的常用方法）

【结论】（1）保持空气湿度（2）使用避雷针（3）良好接地等。

【活动Ⅲ】STS、现代新型防雷技术。

通过对现代新型防雷技术的介绍，巩固所学知识，增强安全意识。

3、现代新型防雷技术

雷击灾害是一种自然灾害，人们通过积极防雷，可减少雷害的发生。防雷保护对象主要有：人、建（构）筑物和设备。随着信息时代的到来，高科技的迅猛发展，先进的测量、保护、监控电信和计算机等微电子产品的日益广泛使用，雷击灾害出现了新的情况，即出现频繁，波击面扩大。现代防雷要进行全方位综合防雷，才能更有效地减少雷害所带来的损失。

（1）现代防雷技术措施

现代防雷的主要任务是全方位堵截雷电的任何入口。因此，提出了现代综合防雷的技术措施，它包含：接闪、分流、等电位连接、屏蔽、合理布线、接地。

1.1、接闪

指通过接闪器，把闪电电流传导入地，保护建筑物不受雷击，它是防直击雷的主力军。

1.2、分流

分流是把从室外来的导线(包括电力电源线、电话线、信号线或者这类电缆的金属外套等)都要并联一种避雷器至接地，把循导线传入的过电压在避雷器处经避雷器分流入地。

1.3、等电位连接

等电位连接是防雷措施中极为关键的一项。因为雷电流的峰值非常大，其流过之处都立即升至很高的电位(相对大地而言)，因此对于周围尚处于大地电位的金属物、设备或人会产生旁侧闪络放电，又使后者的电位骤然升高，因而要有较完善的等电位连接。

1.4、屏蔽

用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，且都必须妥善接地。

1.5、合理布线

根据建筑物的具体结构，要求均匀对称合理地布设引下线，把雷电波引入大地。

1.6、接地

接地实际上也是泄放雷电流。现代的建筑物大都利用基础作接地体，并构成周圈式接地带，雷电流分散入地。至于接地电阻值，近来许多防雷专家都认为，接地电阻值的大小并不是很重要的，最重要是要求等电位连接和合理的引下线布设，以最快地疏导雷电流。

（2）现代新型综合防雷

现代的防雷工程技术已进入一个新时期，要考虑闪电的各种物理特性和作用而实行三维空间的综合防护措施。以往的防雷主要是强电系统，是一维或是二维空间的防御，而现在的防雷则转向弱电系统，防雷工程技术面临着一个大转折，包括观念上、方法上的转变。

2.1、防直击雷

在建（构）筑物顶安装常规避雷针、避雷带仍是防直击雷的最好方法。要求合理安置布局。

2.2、防感应过电压

由于空中云层间闪电形成的感应电磁波及静电侵入使得长距离（＞20米）送电线路、信号传输线路、计算机网络线路、电话线等产生感应过电压，从而造成设备损坏。因而在这类线路上安装避雷器是很有必要的。

①在电源供电线路上采用二级以上保护方式，高压线和380V、220V电源线都安装电源避雷器。

②电话总机中继线和架空分机线、计算机线路分别安装电话避雷器和信号避雷器。

③卫星天线、无线电台发射天线等安装天馈线避雷器。

④闭路安全监视系统在摄像机头至信号接收处理器两端、在信号接收处理器至监视器两端分别安装馈线避雷器或信号避雷器。

2.3、防反击过电压

建筑物中大部分为电子机电设备和通信设备，因此接地网应按均压等电位的原理来设计，工作、保护、屏蔽、建筑物防雷接地应共用一组接地极的联合接地方式，以防止由于雷击而产生的地电位的抬升所引起的过电压。这里有一点必须提出来，这样做的缺点是很难避免的，即对于计算机等的工作会产生一定的干扰。这在当前的防雷工作中是一道最难处理的问题。若计算机等的接地与建筑物防雷接地分开，则容易产生反击过电压；若共用一组接地极的联合接地方式，又会产生干扰。这要求在具体实施过程中通过经验和实践来决定采用那一种接地方式。

防直击雷、防感应过电压和防反击过电压的三维综合防雷，是一种新型的综合防雷措施。具体实施过程中要根据实际需要、因地制宜。以达到最佳防雷效果。

（五）布置作业

略。

发布时间：2013/6/5 下午4:34:40  阅读次数：3026