探究生活中静电屏蔽的现象

商森钗

摘 要：通过现实生活中常见的避雷网、高压线、屏蔽服等来研究其原理，探究静电屏蔽在生活中的实用价值。让学生在主动探究中亲身经历、用心感悟，实现认知飞跃，形成物理独特的知识素养和人格魅力。

关键词：静电屏蔽;避雷网;高压线;屏蔽服

生活中处处存在物理现象，物理和生活息息相关，有些现象司空见惯，但你未必能道出它的所以然。牛顿之所以能从司空见惯的现象中发现科学真理，就是因为他善于理论联系实际。

物理教学不能浮于课本知识，更重要的是让学生能够学有所思，学以致用。教学中教师要鼓励学生能从生活中提炼科学本质，又能用科学知识解释生活现象，实现对所学知识的螺旋升华。必修3-1第一章《静电场》的第七节《静电现象的应用》就是一个很好的探究课题。“导体壳的这种性质在技术上很有实用价值”，在我们生活中存在吗？具体的是哪些实用价值？怎么解释这个“很”字？我紧紧抓住学生的求知需求，唤醒学生学习物理的强烈情感，鼓励学生主动参与探究。

一、知识储备

当金属导体处于外电场时，自由电子在电场力的作用下定向移动，导致金属导体表面感应出异种电荷，这异种电荷产生感应电场，这感应电场与外电场方向相反。当感应电场小于外电场时，金属内的自由电子继续定向移动，金属导体表面感应出更多的异种电荷，当感应电场与外电场大小相等时，即金属导体内部的合电场为零时，自由电子不再定向移动，也就是说导体处于静电平衡了。如金属导体是空腔导体，即使有外电场，导体内部合场强也是为零，金属壳的作用叫作静电屏蔽。

二、实验探究

实验1：金属笼接高压电，观察小鸟的活动情况。

实验结果：小鸟在金属笼内受到高压电的作用下安然无恙。

实验2：金属笼内站有一人并把手放在笼壁上，然后向金属笼施加上万伏的电压并放电，观察人的反应情况。

实验结果：36V是人的安全电压，现在金属笼外加上万伏高压，而笼内的人却谈笑风生。这是因为强大电流通过金属笼壁导入了大地，对人体并不产生影响，所以金属笼内的人是安全的。

这两个实验由于受学校实验室里器材的限制，同时又出于安全考虑，我们无法亲自展开实验。但通过观看视频，我们知道物体在静电屏蔽下是很安全的。

三、生活应用

1.避雷网

避雷针、避雷带、避雷网是常见的避雷方法。避雷针是指在房子的顶端安装一个或几个尖锐的金属棒。避雷带是指在房屋最可能受雷击的地方铺设导线，导线一般是用直径不小于8 cm的镀锡圆钢，将圆钢焊接在事先预留好的支架上，支架高度一般在10 cm～15 cm。当屋顶面积很大时，在周边做一圈避雷带的基础上，中间再把它们互相连接成网格状，这样就成了避雷网。当雷电发生时，能让雷电电流从避雷网流入大地，避免巨大的电流对建筑物造成破坏，从而起到避雷的作用。

建筑物顶上通常有许多突出物，比如金属天沟、金属烟囱、金属爬梯、金属透气管等，都必须与避雷网焊接成一体，所有避雷方法中避雷网效果最佳。

我们学校地理位置比较偏僻，依山而建，地理位置相对较高。周围空旷又无高大建筑，而一般夏日雷电较多，为了师生的安全必须做好避雷工作。通过观察，学生发现学校的教学楼、实验楼、学生宿舍楼屋顶都安装了一圈钢筋条，屋顶都被钢材相连，组成了一个个避雷网，达到有效的避雷效果。

建筑的避雷网最明显的是北京的“鸟巢”，鸟巢的外围都被钢筋包裹着，这个金属框架就是一个“笼式避雷网”。雷电来临的一瞬间，通过外围的钢筋把巨大的电流引入地下。

不管用哪种方式避雷都必须做好接地工作，在建筑物的墙角处一般都有接地标志。防雷接地装置的材料类型有很多，为了提高防雷装置的效果和保证环境不被污染等，在防雷工程设计及施工过程中，要根据环境的不同而采用不同的防雷装置材料。一般每幢房子下埋有4根地线，每根地线都埋于地下3米深处。

2.高压线

我们学校的四周都架有高压线，然而对我们师生毫无损伤，这是什么原理呢？

静电屏蔽不一定要用密闭的金属容器罩起来，稀疏的金属网也能起到静电屏蔽作用。比如高压输电线的最上方有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高壓线屏蔽起来，避免遭雷击。

3.屏蔽服

工人待在斗臂车里在高压线上带电作业，为什么不会发生触电事故呢？

他们穿的服装叫屏蔽服，是绝缘的。屏蔽服内织入了金属丝或导电纤维，裤子、上衣、手套、帽子、鞋及其相应的连接头和连接线组成了一套完整的屏蔽服装。穿着时必须将所有部分的多股金属连接线按照规定次序和屏蔽服相连，形成一个密不透风的“保护网”，屏蔽住全身部位。当人爬到高压线路上时，人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害，因此带电作业不会出现触电事故。

工作人员使用的工具一定得使用绝缘工具，比如绝缘绳、绝缘吊杆、防护工具等。

四、其他应用

随着科技的进一步发展，静电屏蔽在各个方面的应用越来越广，所发挥的效用也越来越大。例如电子仪器设备外面的金属罩、通讯光缆外面包的铅皮、有线电视信号线外面包着的一层金属丝等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。

现代心理学认为，学习过程中的智力因素主要是对接受的信息加工（感知和识记）、内化（保持和应用），探究生活中的静电屏蔽现象，表面上看似乎浪费了学生的很多时间，实际上它注重学生的亲身参与和研究过程，更重要的是达到了物理课堂上研究性教学的常态化，学生的物理思维深度也有了更大的延伸。

参考文献：

刘文震.五星教学模式在物理教学实践中的应用[J].物理教学探讨，2020（5）：8-10.

编辑 张俐丽