中学物理中有关接地问题的探索及思考
摘要:在日常生活中,接地问题较为重要,它可以防止由于高压静电而造成的触电危险,能够保护人们安全地操作电器,并且其原理还被成功运用于避雷针中。受应试教育导向的影响,接地问题在中学物理教学中是一个被忽视的知识点。因此,对其进行探索与思考,在强调素质教育的今天更具现实意义。
关键词:中学物理; 接地问题; 高压静电; 避雷针
在教学过程中,作为起主导作用的教师,首先必须认真阅读教材,挖掘教材中蕴涵的各个知识点(隐含的文字、数据、图表等),然后通过课堂教学这种形式,去组织、诱导学生进行一定的思考,培养学生观察问题,发现问题的能力。在人民教育出版社出版的高中《物理》教材中牵及到了避雷针,它是一个金属的尖端导体,安在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地有良好的接触,那么这种接触有什么作用呢?除尘器的金属A以及平行板电容器的一个极板和静电都接了地,为什么呢?笔者认为:对学生讲讲有关接地的知识,既可拓宽学生知识面,又可对学生起到安全教育的作用。
1 被接地物体与地球具有相等电势的作用
1.1 防止由于高压静电而造成触电危险
对于《物理》教材中图13-56,静电除尘器的除尘机理是利用高电压产生的强电场强度使气体电离,产生电晕放电,进而使粉尘荷电,并在电场力的作用下,使气体中的悬浮粒子分离。可想而知,静电除尘器在高电压下工作的,其外壳产生很高的静电电压,如果人一不小心碰到外面的金属管,就会有电流流过人体引起触电。金属管A接地说明了其与地球具有相同的电势,当人不小心摸A管时不会触电,因为这时的金属管、人和地球均为同一等势体,不会有电流流过人体。
《物理》教材中研究平行板电容器的电容跟哪些因素有关。电容器左极板接地,静电计外壳接地,则两者电势便都与地球电势相等,静电计所测电压便是电容器的电压了。其次接地也有防止触电作用,因为在这一实验中,起电机的电压很高;静电计、电容极板接地,消除了人体对电容器极板的电容作用。
人体是最普遍存在的静电危害源,要让学生充分认识到:
在做静电实验时,要做到充分的防护措施,除小心操作外,
建议穿防静电鞋并使用防静电地面(防静电地垫、地毯等)和防静电袜、防静电鞋垫等,这样就会使静电从人体导向大地,从而消除人体静电。
1.2 保护工作者能安全地操作电器
电压互感器的原理是用来把高电压变成低电压,并且测量高电压;电流互感器的原理是把大电流变成小电流,并且测量大电流。但为了工作安全,它们的铁壳和副线圈都应该接地。
电器外壳接地是将系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。因为工作系统的供电是强电供电(380、220或11OV),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间加以很好地连接,使机壳和地等电位。另外,电器外壳接地还可以防止静电的积聚。
此外还可以诱导学生列举一些日常生活中的类似这种作用的实例,学生一定会联想到洗衣机、电冰箱等家用电器的机壳后面有一根接地线,也是为了使其与地球等势,防止触电。
2 避雷针的原理与作用
有关雷电产生的原因众说纷纭。最常见的一种说法是:地面湿气受热上升,或者空气中不同冷、热气团相遇,凝成水滴或冰晶,形成积云,在运动中使电荷发生分离。当电荷积聚到足够数量时,就会产生不同电荷的云层。由于静电感应而产生不同电荷的云层接近地面时,或由于静电感应,地面上的物体会出现不同的电荷,并且密集在突出的物体上,如大树、烟囱、铁搭、高层建筑物等。当电荷积累到一定程度时,带电云层和这些突出的物体之间会发生强烈的放电,这就是雷电现象。雷电流过地面的物体时,其具有极大的破坏性,电压可达数百万至千万伏,电流达几十万安,可以造成人畜伤亡,建筑物炸毁或燃烧、线路停电及电气设备损坏等严重事故。
避雷针是利用尖端放电的原理制成的。避雷针是一个金属的尖端导体,安在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地有良好的接触。通过避雷针可以不断放电,向大地不断传递电荷的作用,避免电荷的大量积累,从而达到避雷的目的。所以,打雷时,千万不要在大树及高层建筑物下避雨。通过讲述,学生对这个自然常识能更加了解。
在课堂教学中,教师可以适当补充延伸,引导学生联系生活实际,列举有关“接地”的电器。教师也可以适当设疑,以引起学生兴趣,如油罐车后面用一条拖在地上的铁链,起到什么作用呢?通过图片展示,飞机的机轮上为什么要安装搭地线?通过学生热烈讨论,综合分析,最后得出这样的结论:原来这种接地使将摩擦产生的静电导向大地,以免静电积累到一定程度,产生电火花引起油罐车、飞机爆炸。
受应试教育的导向,接地问题在中学物理教学中是一个忽视的知识点,在强调素质教育的今天,我们认为有必要向学生传授这方面的知识,使他们学以致用,更好地防范危害。
