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中学物理中有关接地问题的探索及思考

2013-09-07 01:05

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。 （科教作文网http://zw.nseAc.com）
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。