《生活中的静电现象》学案设计 _教学设计-查字典物理网

一、学习目标

1.了解放电现象，知道尖端放电的原理。

2.通过了解雷电和避雷方法，认识人类社会在发展过程中如何适应自然，建立人类必须与自然相互依存、和谐发展的知识。

3.了解人类应用静电和防止静电的事例。

二、学习过程

任务一：认识放电现象

(1)观察演示实验：

小结：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)请你阅读课本第10页和下例资料后回答问题：

放电现象

带电物体失去电荷的现象叫做放电.常见的放电现象有以下几种：

1.接地放电

地球是良好的导体，由于它特别大，所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势，这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明显改变海平面的高度一样。如果用导线将带电导体与地球相连，电荷将从带电体流向地球，直到导体带电特别少，可以认为它不再带电。(如果导体带正电，实际上是自由电子从大地流向导体，这等效于正电荷从导体流向大地。)生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累，这时接地是一项有效措施。

2.火花放电

当高压带电体与导体靠得很近时，强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离，电荷通过电离的空气形成电流。由于电流特别大，产生大量的热，使空气发声发光，产生电火花，这种放电现象叫火花放电。火花放电在生活中常会遇到。干燥的冬天，身穿毛衣和化纤衣服，长时间走路之后，由于摩擦，身体上会积累静电荷。这时如果手指靠近金属物品，你会感到手上有针刺般的疼痛感。这就是火花放电引起的。如果事先拿一把钥匙，让钥匙的尖端靠近其他金属体，就会避免疼痛。在光线较暗的地方试一试，在钥匙尖端靠近金属体的时候，不但会听到响声，还会看到火花.在一些工厂或实验室里，存在大量易燃气体，工作人员要穿一种特制的鞋，这种鞋的导电性能很好，能够将电荷导入大地，避免电荷在人体上的积累，以免产生火花放电，引起火灾。

3.尖端放电

通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。由于同种电荷相互排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集，所以尖端附近空气中的电场特别强，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。尖端放电在技术上有重要意义。高压输电导线和高压设备的金属元件，表面要很光滑，为的是避免因尖端放电而损失电能或造成事故。

问题1：放电现象有哪些?

问题2：什么是火花放电?什么是接地放电?

问题3：尖端放电的原理是什么?尖端放电的原理有何应用?

任务二：认识雷电

(1)阅读下列资料：

雷电

1.产生：雷电是发生在大气层中大气或云块在气流作用下产生异性电荷的积累使某处空气被击穿，电荷中和产生强烈的声、光、电并发的一种物理现象，通常是指带电的云层对大地之间，云层与云层之间，云层内部的放电现象。这个放电的过程会产生强烈的闪电和巨大的声响，即人们常说的“电闪雷鸣”。

2.原因：雷电是一种常见的大气放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。在夏天的午后或傍晚，地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围的积雨云，积雨云顶部一般较高，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷，云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主从而形成雷雨云。而地面因受到近地面雷雨云的静电感应，也会带上与云底相反符号的电荷，两者相当于一个巨大的电容器。一般情况下，我们把地面看成零电势面，积雨云与地面的高度差比较大，根据U=Ed，积雨云与地面间的电场强度与距离都很大，所以它们间的电势差很大，即电压很大。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。闪电的平均电流是 3 万安培，最大电流可达30万安培。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率.当云层里的电荷越积越多，使电场强度达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达 6000--20000℃，所以发出耀眼的强光，这就是闪电。而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。

3.危害：自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡，财产损失不计其数。据不完全统计，我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达3000～4000 人，财产损失在 50 亿元到100 亿元人民币。雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展，带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低.以大规模集成电路为核心组件的测量，监控，保护，通信，计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力，航空，国防，通信，广电，金融，交通，石化，医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型 CMOS 集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压，过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。

4.防雷：预防雷电总的原则：一是人体的位置尽量降低，以减少直接雷击的危险;二是人体与地面的接触部分如双脚要尽量靠近，与地面接触越小愈好，以减少“跨步电压”。

(1)在野外，应立即寻找蔽护所。以装有避雷针的，钢架的或钢盘混凝土建筑物，作为避雷场所，具有完整金属车厢的车辆也可以利用。

(2)没有掩蔽所时，要远离高压输电线。高压输电线均为裸线且电压均在万伏以上，如果离高压线的距离小于 18 米时，容易造成极严重的触电事故。

(3)千万不要靠近空旷地带或山顶上的孤树，这里最易受到雷击;高树林子的边缘，电线，旗杆的周围和干草堆，帐篷等无避雷设备的高大物体附近，铁轨，长金属栏杆和其他庞大的金属物体近旁，山顶，制高点等场所也不能停留。这些地方最容易遭遇雷电袭击。

(4)雷电期间，如正在驾车，应留在车内。车壳是金属的，因屏蔽作用，就算闪电击中汽车，也不会伤人。因此，车厢是躲避雷击的理想地方。但是雷电期间最好不要骑马，骑自行车，骑摩托车和开敞篷拖拉机;不要携带金属物体在露天行走，不要使用手机;不要靠近避雷设备的任何部分;尽量不要使用设有外接天线的收音机和电视机，不要接打电话。

(5)如果你在江，河，湖泊或游泳池中游泳时，遇上雷雨则要赶快上岸离开。因为水面易遭雷击，况且在水中若受到雷击伤害，还增加溺水的危险。另外，尽可能不要呆在没有避雷设备的船只上，特别是高桅杆的木帆船。

(6)如果在空旷的野外无处躲避，应该尽量寻找低凹地(如土坑)藏身，或者采用尽量降低重心和减少人体与地面的接触面积，立即下蹲，双脚并拢，手放膝上，身向前屈，千万不要躺在地上，壕沟或土坑里，如能披上雨衣，防雷效果就更好.在野外的人群，无论是运动的，还是静止的，都应拉开几米的距离，不要挤在一起，也可躲在较大的山洞里。

(7)注意当你感到皮肤刺痛或头发竖起，是雷电将至的先兆，要立即倒在地上。受到雷击的人可能被烧伤或严重休克，但身上并不带电，可以安全地加以处理。(8)如有强雷鸣闪电时你正巧在家里，建议无特殊需要，不要冒险外出。但也应注意以下几点： ①不宜在建筑物朝天平面(天面)上活动。因为当朝天平面发生直接雷击时，强大的雷电流可导致人员伤亡。 ②不宜使用淋浴器。因为水管与防雷接地相连，雷电流可通过水流传导而致人伤亡。③紧闭门窗，防止侧击雷和球雷侵入。

5.利用：雷电中所蕴涵的能量很多，全世界一天的雷电放电的能量可以足够人类用一年。如果能好好的将雷电利用起来，将使人类对与其他能源的依赖大大减少.但是以现在的技术条件来说，人类对于雷电的应用仍处于设想阶段。

①雷电是一种无污染的能源，它一次放电能达1至10亿焦耳。中国成语中就有“雷霆万钧”之力一词(霆：劈雷，钧：古代的重量单位，合当时 30 斤)。利用这种巨大的冲击力，可以夯实松软的基地，从而为建筑工程节省大量的能源。根据高频感应加热原理，利用雷电产生的高温，可使岩石内的水分膨胀，达到破碎岩石，开采矿石之目的。

②雷电能治病：每场雷雨过后，空气中的气体分子在雷电场的作用下，会分离出带负电的负氧离子。研究人员测试表明，雷雨过后，每立方厘米空气中的负氧离子可达1万余个，而晴天里的闹市区，负氧离子仅几十个。实验表明：被称作“空气的维生素”的负氧离子，对人体健康很有利。医疗专家模拟雷雨的神奇作用，将负氧离子引入病房，结果发现，当室内空气中的负氧离子与正离子的比例调控在 9 比1之时，对气喘，烧伤，溃疡以及其他外伤的治疗有促进作用，可使居室内细菌，病毒减少;同时，对过敏性鼻炎，神经性皮炎，关节疼痛等病症均有一定的疗效。钓鱼的朋友有一条渔谚云：“宁钓雷雨后，不钓雷雨前。”也是基于这个道理。此外，雷鸣电闪时，强烈的光化学作用，还会促使空气中的一部分氧气发生反应，生成具有漂白和杀菌作用的臭氧。伴随着雷电的上升气流，可将停滞于对流层下面的污染大气携带到10公里以上的平流层底部。

③它可以制造氮肥：发生雷电时，大气中的闪电通道可达几千米长，温度极高，有大量的氮和氧化合成二氧化氮。生成的二氧化氮溶解于雨水中，变成浓度不高的硝酸，落入土壤中，又和其他物质化合变成硝石。是大自然对人类无偿的恩赐。④雷电可预示天气：农谚云： “东闪日头西闪雨”因中国地处西风带内，云雨大多从西边移动过来影响本地。其他还有“南闪火门开，北闪有雨来”等。

⑤雷电找矿：雷电爱打击容易导电的物体，利用这一特点，为地质勘探人员寻找金属矿床提供了线索。

阅读后结合教材第10页和第11页，请你谈谈防雷的一些具体方法。

(2)阅读教材第12页的STS后回答：

问题1：雷电属于哪一种放电现象?

问题2：如何避免高大建筑物遭到雷击?

问题3：避雷针的发展历史是怎样的?

任务三：认识静电的防止和应用

请你阅读下列资料：

静电的防止和应用

防止：在人们生活的任何时间、任何地点都有可能产生静电。要完全消除静电几乎不可能，但可以采取一些措施控制静电使其不产生危害。如生活中的一些具体做法：

1.室内要保持一定的湿度，室内要勤拖地、勤洒水，或用加湿器加湿;要勤洗澡、勤换衣服，以消除人体表面积聚的静电荷。

2.发现头发无法梳理时，将梳子浸入水中片刻，等静电消除之后，便可以将头发梳理服帖了。脱衣服之后，用手轻轻摸一下墙壁，摸门把手或水龙头之前也要用手摸一下墙，将体内静电“放”出去，这样静电就不会伤你了。对于老年人，应选择柔软、光滑的棉纺织或丝织内衣、内裤，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度。

3.出门前去洗个手，或者先把手放墙上抹一下去除静电，还有尽量不穿化纤的衣服。

4.为避免静电击打，可用小金属器件(如钥匙)、棉抹布等先碰触大门、门把、水龙头、椅背、床栏等消除静电，再用手触及。

5.穿全棉的内衣。

6.准备下车的时候，用右手握住档，然后用手指碰着下面铁的部位，然后开车门，把左手放在车门有铁的位置，但是左手别松，然后把右手放掉，下车，这时候你再用右手抓着门就不会被电到了接下去，用力一关。

应用：目前静电已经有多种应用，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等。以煤作燃料的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重地污染环境.利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉.除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A接到高压电源的正极，B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，场强越大.B附近的空气分子被强电场电离，成为电子和正离子.正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子.电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中.静电除尘用于粉尘较多的各种场所，除去有害的微粒，或者回收物资，如回收水泥粉尘。

设法使油漆微粒带电，油漆微粒在电场力的作用下向着作为电极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆的工作。这就是静电喷涂.使绒毛带电，可以使绒毛植在涂有粘着剂的纺织物上，形成像刺绣似的纺织品.这就是静电植绒。

静电复印可以迅速、方便地把图书、资料、文件复印下来.静电复印机的中心部件是一个可以旋转的接地的铝质圆柱体，表面镀一层半导体硒，叫做硒鼓.半导体硒有特殊的光电性质：没有光照射时是很好的绝缘体，能保持电荷;受到光的照射立即变成导体，将所带的电荷导走。

复印每一页材料都要经过充电、曝光、显影、转印等几个步骤.这几个步骤是在硒鼓转动一周的过程中依次完成的.充电：由电源使硒鼓表面带正电荷。曝光：利用光学系统将原稿上的字迹的像成在硒鼓上。硒鼓上字迹的像，是没有光照射的地方，保持着正电荷.其他地方受到了光线的照射，正电荷被导走.这样，在硒鼓上留下了字迹的“静电潜像”.这个像我们看不到，所以称为潜像.显影：带负电的墨粉被带正电的“静电潜像”吸引，并吸附在“静电潜像”上，显出墨粉组成的字迹.转印：带正电的转印电极使输纸机构送来的白纸带正电。带正电的白纸与硒鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸到白纸上。

此后，吸附了墨粉的纸送入定影区，墨粉在高温下熔化，浸入纸中，形成牢固的字迹.硒鼓则经过清除表面残留的墨粉和电荷，准备复印下一页材料。

问题1：静电有哪些应用?

问题2：哪些地方应该防止静电?

任务四：小结本节课的内容

任务五：请你当堂检测

1.为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下面措施中不是防止静电危害的是( )

A.油灌车后面装一条拖地的铁链

B.电工钳柄上套有绝缘的胶套;

C.飞机轮胎上装搭地线;

D.印刷车间中保持适当的湿度。

2.遭遇雷雨天气，应谨防雷电。下面哪些做法是正确的( )

A.外出时，可以在孤立的高大建筑物和大树下避雨