第5节 静电的利用与防护（表格式教学设计） 物理鲁科版2019必修第三册

第5节 静电的利用与防护（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第5节 静电的利用与防护 教学 目标 物理观念 能理解静电利用（如静电除尘、静电复印）和防护（如接地、加湿）的物理原理，深化“静电源于电荷转移与积累”的物理观念。 科学思维 能分析静电利用与防护案例中电荷运动规律及电场作用逻辑，通过对比不同场景的解决方案，提升科学分析与问题解决能力。 科学探究 能参与“设计简易静电防护装置”或“模拟静电利用现象”的探究活动，学会观察现象、分析原理，提升科学探究的实践能力。 科学态度 与责任 通过了解静电技术对生产生活的影响，认识科学知识与技术应用的关联，树立“合理利用科学、规避潜在风险”的科学责任意识。 教学重难点 理解静电利用与防护的典型案例及对应的物理原理。（重点） 结合实际场景分析静电现象并设计合理的利用或防护方案。（难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 演示：“隔空取电” 提问：将节能灯泡靠近辉光球，会发生什么现象？ 回答：灯泡发光。 提问：为什么灯泡没有触碰到辉光球，却能发光呢？ 总结：辉光球内部的高压电极产生辐射状电场，灯泡处于电场中内部自由电子发生定向移动，移动后轰击汞原子产生紫外线照射在荧光涂层上，它就发光了。 复习电场知识，尝试运用旧知识解释新问题。 新课讲授 一、静电平衡 1、 防静电面料 提问：防静电面料内含金属丝，金属不是导电的吗，为什么防静电面料内含金属丝就能够防静电呢？ 2、 实验验证 操作：将节能灯泡罩上金属网罩，再靠近辉光球。 回答：灯泡熄灭了。 总结：金属可以起到防护静电的作用。 3、 分析原理 问题串1： ①金属内部含有大量的可以自由移动的电子，这些带负电的电子在电场力的作用下会发生什么现象呢？ 回答：定向移动。 ②最后在电场里的作用下这些电子会聚集在金属的哪一个部分？ 回答：电子最后聚集在金属的左侧。正电荷聚集在右侧。 讲解：金属内部存在着这样两种分布的电荷，也就意味着金属内部会产生一个新的电场。 ③这个新的电场的方向应该指向哪呢？ 回答：与原电场相反。 总结：当我们的金属处于电场中时自由电子定向移动，移动后正负电荷产生了一个感应电场，此时在金属内部有两个方向相反的电场，也就意味着导体内部的合场强为0，合场强为0，意味着自由电子不再定向移动了，那此时处于其中的灯泡就不会发光了。 4、静电平衡状态 定义：当导体内（包括表面）的自由电子不再发生定向移动时，导体达到静电平衡状态。 加深理解和记忆。 新课讲授 二、尖端放电 1、 实验引入 实验：用有趣的静电风车小实验引入知识点 2、实验原理探究 问题串2：①为什么风车会向尖端朝向的另一个方向旋转呢？ 回答：受到了力的作用。 ②受到了什么力的作用？谁给了风车这个力的作用？ 教师带领学生复习静电平衡的知识点 ③处于静电平衡的导体电荷都是分布在外表面的，那每一个导体的电荷都是均匀分布的吗？ 讲解：电荷的分布和形状有关，突出的尖端部分电荷密度较大，凹陷部分电荷密度较小。 ④突出的尖端处电荷密度较大意味着什么呢？ 回答：意味着尖端处的场强较大。 ⑤当尖端处的电荷越来越多，场强越来越大，大到一定程度的时候，会有什么现象发生呢？ 问题串3：①尖端处场强很大，如果此时尖端附近的空气有残留的带电粒子，这些带电粒子在如此强的电场当中会怎么样？ 回答：带电粒子发生定向运动。 ②带电粒子在空气中加速，具有一定动能，此时它遇上空气中原本存在的中性分子，会发生什么现象？ 回答：二者发生碰撞。 讲解：带电粒子与空气分子发生碰撞会使得原本中性的空气分子中的正负电荷发生分离，产生新的正负离子，这个过程就叫做空气的电离。 电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫作空气的电离。 重新提问：风车受到了什么力的作用？谁给风车力的作用？ 回答：可能是电荷的运动。 问题串4：①尖端附近空气电离产生大量新的正负电荷，这些电荷在尖端附近的强电场中会如何运动呢？ 回答：在库仑力的作用下，正电荷远离尖端，负电荷靠近尖端。 讲解：负电荷在库仑力的作用下向着尖端运动，到达尖端后与尖端处的正电荷中和，此时负电荷给了扇叶一个与尖端朝向相反的冲击力，当大量负电荷与扇叶碰撞，四个扇叶均收到一个与尖端朝向相反的较大的冲击力的作用，扇叶旋转。 尖端放电：那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫作尖端放电。 3、尖端放电应用 根据尖端放电的原理介绍避雷针的原理。 深入理解尖端放电的概念。 新课讲授 三、静电屏蔽 提问：既然金属能防静电，那将辉光球用金属网罩罩住能否防止静电呢？ 1、 实验验证 操作：用大的金属网罩罩住辉光球，再用灯泡靠近。 回答：灯泡依旧会发光。 2、 理论分析 讲解：这是我们辉光球产生的辐射状电场，与前一种状态不同的是此时的金属网罩将这个场源给罩住，而金属内部也含有大量的可以自由移动的电子，这些电子在电场力的作用下又会产生定向移动。 问题串2： ①那在这种情况下，电子定向移动后会聚集在哪呢？ 回答：电子会聚集在金属的内表面。 ②那正电荷又会聚集在哪呢？ 回答：正电荷聚集在金属的外表面。 总结：电子受到电场力的作用下定向移动，最后正电荷聚集在外表面，负电荷聚集在内表面。 ③那电荷这样分布，为什么金属就能发光呢？ 讲解：金属外表面分布着许多的正电荷，也就意味着这些正电荷会产生一个新的电场，在新电场的作用下，灯泡依旧会发光。 ④那怎么样才能让这个灯泡不发光呢，也就是怎样去消除这些正电荷带来的影响呢？ 回答：接地。 总结：将金属网罩接地之后，它和大地形成了一个等势体，此时就相当于正电荷流入了大地，再将灯泡靠近它的时候就不会再发光了。 3、 实验验证 操作：将导线与小的金属网罩相连形成一个接地装置，将它进行接地处理，再将灯泡靠近网罩。 现象：灯泡熄灭。 4、 静电屏蔽 金属在这种情况下能达到防静电的效果，我们把以上这两种防护静电的方式统称为静电屏蔽。 把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响。 金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 5、 生活应用 静电防护服 计算机电缆 汽车天线 静电吸附 【例题1】如图所示，不规则的导体处于电场强度大小为、方向水平向右的匀强电场中，处于静电平衡状态。对于导体内部由静电感应产生的电场的电场强度，下列说法正确的是(　　) A．大小为 B．大小为 C．方向水平向左 D．方向水平向右 【答案】AC 【详解】静电平衡状态下，对于导体内部合场强为零，故感应电场的电场强度与原电场的电场强度等大反向，故AC正确，BD错误。 故选AC。 针对训练1如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则（　　） A．a、b两点的电场强度都为零 B．a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零 C．a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零 D．a、b两点的电场强度都不为零 【答案】A 【详解】处于静电平衡状态下导体内部电场强度均为零，BCD错误，A正确。故选A。 思考如何利用静电 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．秋冬季节，空气干燥，容易产生静电．有关生活中的静电，下列说法错误的是(　　) A．静电复印是利用了静电吸引的原理 B．农业中利用静电喷雾能提高效率和降低农药的利用 C．运输汽油的油罐车拖着一条铁链，利用了尖端放电的原理 D．在将外衣脱下的过程中，内外衣间摩擦起电，内衣和外衣所带的电荷是异种电荷 【答案】C 【详解】 A．静电复印是利用了静电吸引的原理，A正确，不符合题意； B．农业中利用静电喷雾能提高效率和降低农药的利用，B正确，不符合题意； C．运输汽油的油罐车拖着一条铁链，是把油罐车中的电荷导入大地，C错误，符合题意； D．在将外衣脱下的过程中，内外衣间摩擦起电，内衣和外衣所带的电荷是异种电荷，D正确，不符合题意。 故选C。 2．在燃气灶上常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体．电子点火器的放电电极应该做成(　　) A．针尖状 B．圆头状 C．方形 D．椭球形 【答案】A 【详解】尖端电荷容易聚集，电子点火器需瞬间高压放电，需要高电荷密度区。故安装的电子点火器往往把放电电极做成针形。 故选A。 3．2023年8月15号，一群游客在新疆吐鲁番某沙漠景区自驾游。兴致正浓时天色突变，眼见雷雨将至，随后沙丘高处的几名游客头发直立如同刺猬一般，如下图所示。此时为了保障人身安全，下列最为有效合理的一种避险方式是（　　） A．蹲下并用手触摸地面 B．往沙漠低处跑 C．用水将头发淋湿 D．躲进汽车里 【答案】D 【详解】雷雨将至，几名游客头发直立如同刺猬一般，说明空气中有很多带电的自由电荷，现在最有效的有效合理的一种避险方式是能找个静电屏蔽的地方，躲进汽车里，因为汽车的金属制造，汽车里面能起到静电屏蔽。 故选D。 4.如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　) A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 【答案】　AB 【详解】　尘埃通过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以 c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误。 5.（2010·浙江·高考真题）请用学过的电学知识判断下列说法正确的是(　　) A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全 B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好 C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死 D．打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险 【答案】B 【详解】A．电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业，A错误； B．因为塑料和油摩擦容易起电，产生的静电荷不易泄漏，形成静电积累，造成爆炸和火灾事故，B正确； C．小鸟的两只脚之间的距离很小，所以小鸟的两只脚之间的电压也很小，所以不会对小鸟造成危害，C错误； D．一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”，一旦汽车被雷击中，它的金属构架会将闪电电流导入地下，D错误； 故选B。 6.低碳环保是我们追求的生活方式。如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，当铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香产生的烟雾会被铝板吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是（　　） A．烟尘带正电 B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大 C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小 D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大 【答案】B 【详解】A．转动手摇起电机时，在铝板和缝被针中间产生强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，遇到烟尘微粒使它带负电，带负电的尘粒在电场力作用下向铝板运动，被吸附到铝板上，故A错误； BC．同一烟尘颗粒在被吸附过程中，在电场力作用下向铝板做加速运动，因此离铝板越近速度越大，故B正确，C错误； D．由于针尖端的电场线密集，电场强度大，可知离铝板越近，电场强度越小，因此同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越小，故D错误。 故选B。 7.如图是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接高压电源的负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。下列说法正确的是(　　) A．A、B金属柱同时产生放电现象 B．B金属柱先产生放电现象 C．先产生放电现象的可能是A金属柱，也可能是B金属柱 D．A金属柱先产生放电现象 【答案】D 【详解】根据导体表面尖锐程度越大的地方电荷分布越密集，可知金属柱A尖头处电荷密集，电场强，它与板M之间的空气容易发生电离，从而发生尖端放电现象。D正确。故选D。 8.如图是滚筒式静电分选器的原理图，导体滚筒C和放电针G分别接于直流电源的正、负板，并令C接地。放电针G与滚筒C间施加高压并电离空气，颗粒经过电离空气后都带上电荷。颗粒直接掉落在F盘，颗粒被刮板D刮落到E盘。下列说法正确的是（　　） A．两种颗粒都具有良好的导电性 B．两种颗粒都具有良好的绝缘性 C．在分选过程中，两种颗粒都带负电 D．对调G、C间的极性，分离器仍能正常工作 【答案】CD 【详解】C．由于C接正极，G接负极，则C上会有正电荷，放电针G周围形成很强的电场，使放电针G附近的空气电离而产生大量的电子和带正电的粒子，在电场力作用下，大量的电子或负离子被喷射到颗粒上，两种颗粒均带负电，C正确； AB．带负电的b颗粒因具有良好的导电性所以在与带正电的滚筒C接触后，其上的负电被滚筒C上的正电中和，然后带上正电，根据同种电荷相互排斥及重力作用下落于，带负电的a颗粒由于绝缘性，其所带负电不容易传给滚筒C，在滚筒C的静电吸引力作用下，附着于滚筒C的表面并随滚筒C转动，最后由刮板将其刮入E盘中，AB错误。 D．对调G、C间的极性，原理不变，两颗粒均带正电，导电性好的b颗粒还是落在F盘中，绝缘性好的a颗粒被刮入E盘中，分离器仍能正常工作，D正确。 故选CD。 课 堂 小 结 板 书 设 计 1.5 静电的利用与防护 1、静电平衡： ①建立时间非常短。 ②处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。 ③导体内部无电场线分布，外表面场强方向必跟该点的表面垂直。 2、导体上电荷的分布： ①导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。 ②在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大。 3、尖端放电：①避雷针②高压设备 4、静电屏蔽：①金属网罩②同轴电缆 5、静电吸附：①静电除尘②静电喷漆③静电复印 作 业 布 置 1.完成课本习题，列举静电除尘、静电喷涂的工作原理，并分析其能量转化过程。 2.设计简易静电吸附实验（如用塑料梳吸附碎纸屑），观察不同材料对静电现象的影响，并记录分析结果。 3.对比避雷针与静电屏蔽的防护原理，举例说明生活中静电利用与防护的实例（如加油站防静电措施），并简述其科学意义。 教 学 反 思 静电除尘演示实验效果直观，但部分学生对高压电的潜在危险认识不足，后续需强化安全操作规范警示。 学生能列举“避雷针”“复印机”等应用，但分析“静电喷涂工艺”时逻辑不连贯，建议增加流程图解辅助理解。 多数能解释“冬季脱衣火花”，但主动探究“航天器静电防护”的较少，可结合卫星发射案例拓展科技视野。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$