《生活中的静电现象》学案设计 .doc
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1、生活中的静电现象学案设计 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
2、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
3、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,
4、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
5、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
6、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
7、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30004000 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
8、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
9、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
10、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
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