第三节 静电的利用与防护（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦静电的利用与防护，通过脱毛衣火花、加油站警示、除尘设备等生活现象导入，引发对静电利弊的讨论，搭建从生活现象到原理分析的学习支架，梳理静电应用与防护的知识脉络。 资料亮点在于融合科学探究与科学思维，通过模拟静电除尘、避雷针原理等实验活动，引导学生辩证分析静电利弊并建构物理模型解释原理，结合例题巩固应用。培养学生探究能力与安全环保意识，为教师提供生活化、结构化的教学方案，提升课堂实效。

第3节 静电的利用与防护（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 静电的利用与防护 教学 目标 物理观念 1.知道静电利用的几种常见方式及其基本原理。 2.知道静电防护的常见方法及其基本原理。 科学思维 1.通过对静电现象利弊的分析，学习运用一分为二的辩证观点看待科学技术问题。 2.通过分析静电利用与防护的实例，体会“趋利避害”的科学思想方法，建立物理模型解决实际问题。 科学探究 1.能通过观察生活中的静电现象，提出可探究的物理问题。 2.能通过实验（如模拟静电除尘、避雷针原理）了解静电利用与防护的基本原理。 科学态度 与责任 1.了解静电技术在生产和生活中的广泛应用，体会物理学对技术进步的推动作用。 2.认识静电可能带来的危害，树立安全意识和环保意识。 教学重难点 教学重点： 静电利用与防护的常见方法及其物理原理。 教学难点： 运用电场理论解释静电利用与防护的原理。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 现象一： 在干燥的冬天，脱毛衣时听到的“噼啪”声和看到的火花。 现象二： 加油站严禁拨打手机、触摸金属油枪的警示标志。 现象三： 巨大的工业烟囱旁矗立的静电除尘设备。 （1）这些现象都与什么有关？（静电） （2）静电有时给我们带来麻烦甚至危险（现象二），有时却又可以被我们利用（现象三）。我们应该如何对待它？ 今天我们就一起来学习如何“趋其利，避其害”——《静电的利用与防护》。 通过生活现象的分析，引发讨论，激发学生学习兴趣。 新课讲授 一、静电现象的应用 提问：静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒用到了什么相同的作用规律？ 探究一： 静电喷漆是利用静电吸附现象制造的，其喷涂原理如图所示。 （1） 涂料微粒带什么电？ （2） 涂料微粒在什么力的作用下运动？ 知识总结： 工作原理：利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上负电荷，并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术. 例1．如图所示，静电喷涂是一种利用静电作用使雾化涂料微粒在高压电场作用下带上电荷，在静电力的作用下向被涂工件运动，最后吸咐在其表面上。已知被涂工件带正电荷，在涂料微粒向被涂工件靠近的过程中，下列说法正确的是（   ） A．涂料微粒带正电 B．静电力对涂料微粒做负功 C．涂料微粒的动能逐渐减小 D．涂料微粒的电势能逐渐减小 【答案】D 【详解】A．由图知，工件带正电，则涂料在静电力作用下，向被喷工件运动，最后吸附在其表面上，所以涂料微粒带负电，故A错误； BCD．喷枪喷出的涂料在静电力作用下，向被喷工件运动，则静电力对涂料微粒做正功，涂料微粒的动能逐渐增大，涂料微粒的电势能逐渐减小，故BC错误，D正确。 故选D。 探究二： 如图甲所示是一种实用的静电除尘设备图，它由金属圆筒和管中金属线组成。圆筒截面上的电场分布如图乙所示。 （1）到达圆筒的尘埃带什么电？ （2）圆筒与金属线之间电场强度的特点。 （3）尘埃向圆筒迁移过程中电场力做功及电势能变化情况。 知识总结： （1）设备结构：把高压电源的正极接到金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上。 （2）工作原理：利用电荷相互作用的性质。正、负极间有很强的电场，而且距管心的金属线越近，场强越大。使金属线附近的气体分子被强电场电离为电子和正离子。电子向着金属圆筒正极运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使尘埃带上负电，并被吸附到金属圆筒上。尘埃积累到一定程度，在重力作用下落入下面的漏斗中。 例2.(多选)(2025·深圳市高级中学高二月考)电晕放电在电选矿、静电除尘等方面均有广泛应用。以针板式电晕放电为例，如图，在针板式电极场中，在高电压作用下，针式电极周围空气被电离，在周围产生电晕区，生成正离子和负离子。电晕区的负离子在电场力的作用下向集尘极移动，途中黏附在灰尘上，并在电场力作用下继续向集尘极移动，最后沉积在集尘极上面。下列说法正确的是(　　) A.供电装置上端为电源正极，下端为电源负极 B.供电装置上端为电源负极，下端为电源正极 C.带电灰尘飞向集尘极的过程中，电势能减小 D.带电灰尘飞向集尘极的过程中，做匀加速直线运动 答案　BC 解析　负离子在电场力的作用下向集尘极移动，说明集尘极为正极，故供电装置上端为电源负极，下端为电源正极，A项错误，B项正确；带电灰尘飞向集尘极的过程中，电场力做正功，电势能减小，C项正确；由于电场并非匀强电场，另外，灰尘受到重力作用，所以带电灰尘做变加速运动，D项错误。 激光打印、复印 教师介绍过程：利用静电在光鼓上形成“潜影” → 吸附墨粉 → 转印到纸张 → 加热定型。 教师总结原理：利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式。其核心部件是一个有机光导体鼓的金属圆柱，它的表面被涂上有机光导体( OPC)，没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时则变成导体。 静电植绒 教师总结原理：利用电荷之间同性相斥、异性相吸的性质，通过使绒毛带上负电荷，令绒毛被吸引到带正电的被植体表面上。 学生阅读课本，讨论完成探究一和探究二，增强合作探究和解决问题的能力。 学生阅读课本，了解工作过程，教师总结归纳。 新课讲授 二、尖端放电 探究三： 如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，云层所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中， （1） 云层靠近避雷针时，针尖感应出哪种电荷？ （2） 避雷针上的电流方向。 （3）比较避雷针尖端附近的电场强度和避雷针底端附近的电场强度的大小。 知识总结： 1.空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。 2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 尖端放电的应用与防止： 例3.(2023·广州市高二期末)产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成的危害，高大的建筑物会装有避雷针。图中虚线为避雷针周围的等势线，相邻两等势线间的电势差相等。图中a、b两点的场强大小分别为Ea、Eb，a、b两点的电势分别为φa、φb，则(　　) A.Ea>Eb B.φa>φb C.避雷针的顶端带正电 D.一带负电的雨滴从a下落至b，电场力做负功 答案　C 解析　由题意可知，产生闪电的积雨云底层带负电，可知避雷针的顶端带正电，C正确；等差等势线密集处的电场线也密集，场强也较大，则Ea<Eb，A错误；电场线大致向上，沿电场线的方向电势逐渐降低，可知φa<φb，B错误；一带负电的雨滴从a下落至b，因电场力向下，则电场力做正功，D错误。 新课讲授 三、防止静电危害 提问：油罐车上常拖有一条铁链，纺织车间中的地毯都织有金属丝，你知道这是为什么吗？ 知识总结： 1.静电是一种常见现象，它会给人们带来不便、烦恼甚至危害。静电危害一般分为静电力造成的不良后果和静电火花引发的灾害两类。 2.防止静电危害的主要方法与途径 (1)控制静电的产生，采用起电较少的设备材料。 (2)把产生的电荷尽快导走，避免静电积累。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地。 (3)增加湿度，加快静电的泄漏。 例4.关于静电的利用与防范，下列说法正确的是（　　） A．印染厂应保持空气潮湿，避免静电积累带来的潜在危害 B．燃气灶上的电子点火器电极做成针尖状，是利用了静电屏蔽 C．油罐车在运输过程中会带静电，为避免电荷越积越多，油罐车应绝缘良好 D．超高压带电工人穿戴的工作服选用含金属的材料是为了导电 【答案】A 【详解】A．印染厂的车间，有大量静电产生，因此要保持潮湿，这样才能及时将静电导走，故A正确； B．燃气灶上的电子点火器电极做成针尖状，是利用了尖端放电，故B错误； C．油罐车在运输过程中会带静电，为避免电荷越积越多，油罐车应及时的把产生的静电导走，有利于消除静电，故C错误； D．超高压带电工人穿戴的工作服选用含金属的材料构成金属网，起到静电屏蔽的作用，故D错误。 故选A。 学生阅读课本，讨论完成探究三，增强合作探究和解决问题的能力。 通过生活现象引发学生的思考与讨论，将物理知识与实际生活应用结合起来。 课 堂 练 习 1．如图，在积雨云层中，强烈的对流运动使得正电荷聚集在云层上部，负电荷聚集在云层下部，云层内出现很强的电场，就会出现云内放电现象，形成由上向下的电流，取大地电势为零，下列说法正确的是（    ） A．云层上部电势比下部高 B．云层上部的电荷量不是元电荷的整数倍 C．云层内的电场强度方向向上 D．云内放电时，电子由上部向下部运动 【答案】A 【详解】ACD．由题知，放电过程中，云层内形成由上向下的电流，因电子运动的方向与电流方向相反，故云内放电时，电子由下部向上部运动，说明电子所受的电场力方向向上，因负电荷所受电场力方向与电场强度方向相反，故电场强度方向向下，故云层上部电势比下部高，故A正确，CD错误； B．任何带电体所带电荷都等于元电荷或者是元电荷的整数倍，故云层上部的电荷量是元电荷的整数倍，故B错误。 故选A。 2．关于静电的利用和防范，下列说法中错误的是（　　） A．静电喷漆时，被喷的金属件与油漆雾滴带异种电荷 B．油罐车在运输过程中会产生静电，车后拖一铁链可以防止静电产生危害 C．雷雨天，武当山金殿的屋顶常出现“雷火炼殿”的奇观，这是静电屏蔽现象 D．避雷针是利用尖端放电将云层中积聚的电荷导入大地，使建筑物避免雷击 【答案】C 【详解】A．接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。故静电喷漆时，被喷的金属件与油漆雾滴带异种电荷，故A正确，不符合题意； B．油罐车在运输过程中会产生静电，车后拖一铁链可以防止静电产生危害，故B正确，不符合题意； C．武当山重峦叠嶂，气候多变，云层常带大量电荷。金殿屹立峰巅，是一个庞大的优良导体。当带电的积雨云移来时，云层与金殿顶部之间形成巨大的电压，使空气电离，产生电弧，也就是闪电。强大的电弧使周围空气剧烈膨胀而爆炸，看似火球，并伴有雷鸣。金殿顶部，除海马等屋脊上的装饰外，很少有带尖的结构，不易放电，所以能使电压升得比较高，保证“炼殿”之需，不属于静电屏蔽现象，故C错误，符合题意； D．避雷针是利用尖端放电将云层中积聚的电荷导入大地，使建筑物避免雷击，故D正确，不符合题意。 故选C。 3．如图所示是空气净化器内部结构的简化图，其中的负极针组件产生电晕，释放出大量电子，电子被空气中的氧分子捕捉，从而生成空气负离子。负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带电，进而使其吸附到带电的集尘栅板上，达到净化空气的作用。下列说法中不正确的是（　　） A．负极针组件产生电晕，利用了尖端放电的原理 B．为了更有效地吸附尘埃，集尘栅板应带正电 C．负极针组件附近的电场强度小于集尘栅板附近的电场强度 D．带电烟尘向集尘栅板靠近的过程中，动能增大 【答案】C 【详解】A．负极针组件产生电晕，释放出大量电子，利用了尖端放电的原理，故A正确，不符合题意； B．负离子能使空气中烟尘、病菌等微粒带负电，为了更有效地吸附尘埃，故集尘栅板应带正电，故B正确，不符合题意； C．负极针组件附近电荷密度大，电场线比较密集，电场强度大于集尘栅板附近的电场强度，故C错误，符合题意； D．带电烟尘向集尘栅板靠近的过程中，电场力做正功，动能增大，故D正确，不符合题意。 故选C。 4．空气净化器及其原理示意图如图所示。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）。下列表述正确的是（　　） A．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 【答案】D 【详解】A．图像可知尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相反，故A错误； B．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故B错误； C．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； D．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D正确。 故选D。 5．如图所示，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连，锯条接电源负极，金属片接正极。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又出现烟雾缭绕。下列说法正确的是（　　） A．室内的空气湿度越大，实验效果越好 B．起电机摇动时，塑料瓶内存在的是匀强电场 C．起电机摇动前，烟尘颗粒带上电荷才能做成功 D．带电的烟雾颗粒向着金属片运动时，电势能减少 【答案】D 【详解】A．潮湿的空气易于导电，则起电机产生的静电不容易在铁锯条和金属片上积累，则该实验不易成功，故A错误； B．起电机摇动时，锯条处聚集的电荷最密集，塑料瓶内存在的是非匀强电场，故B错误； C．锯条和金属片间的电场让空气电离，电离出的电子让烟尘颗粒带负电，不需要让烟尘颗粒先带上电荷才能做成功，故C错误； D．带电的烟雾颗粒向着金属片运动时，电场力做正功，电势能减少，故D正确。 故选D。 6．静电除尘原理是设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到收集器A上，下列选项正确的是（　　） A．收集器A吸附尘埃的原因是尘埃受到重力作用使之定向移动 B．收集器A吸附大量尘埃，是因为尘埃带负电 C．收集器A和电离器B之间形成匀强电场 D．尘埃靠近收集器A的过程中，加速度变大 【答案】B 【详解】A．收集器A吸附尘埃的原因是尘埃受到电场力作用使之定向移动，故A错误； B．静电除尘器中，高压电源通常在电离器B（线状）施加负高压，收集器A（板状）接地或带正电。强电场使气体分子电离，产生电子和负离子，这些负电荷与尘埃碰撞，使尘埃带负电。带负电的尘埃在静电力作用下被带正电的收集器A吸引，从而被吸附，故B正确； C．在静电除尘器中，电离器B是线状，收集器A是板状，这种结构导致电场强度不均匀：在线状B附近电场最强（有利于气体电离），而靠近板状A时电场减弱。因此，电场不是匀强的，故C错误； D．尘埃带负电，在从电离器B向收集器A移动过程中，电场强度E逐渐减小（因为线状电极附近电场强，板状电极附近电场弱）。因此，静电力F减小，加速度a也随之减小，而不是变大，故D错误。 故选B。 7．（多选）如图所示为静电植绒的装置简图，将表面涂有黏合剂的被植体放在金属板上，打开电源开关后，在金属网与金属板间会产生3kV的高压，放在金属网上的绒毛将垂直地粘在被植体上。若保持金属网和金属板间的距离为2cm，忽略边缘效应，将网与板间的电场视为匀强电场，则下列说法正确的是（　　） A．金属网和金属板间的场强为1.5×105V/m B．绒毛在飞往被植体的过程中电势能不断增大 C．若增大金属网和金属板间的距离，则网和板之间的电势差也增大 D．在干燥的环境中进行植绒效果会更好 【答案】AD 【详解】A．将网与板间的电场视为匀强电场，则金属网和金属板间的场强为 故A正确； B．绒毛在飞往被植体的过程中，电场力做正功，则电势能不断减小，故B错误； C．由于金属网与金属板间有3kV的恒定的高压，若增大金属网和金属板间的距离，网和板之间的电势差是不变的，故C错误； D．在干燥的环境中静电不容易被导走，进行植绒效果会更好，故D正确。 故选AD。 8．（多选）图甲是静电除尘装置的示意图，烟气从管口M进入，从管口N排出，当A、B两端接直流高压电源后，在电场作用下管道内的空气分子被电离为电子和正离子，粉尘会吸附电子向一侧聚集，从而达到减少排放烟气中粉尘的目的，图乙是金属丝与金属管壁通电后形成的电场示意图，a、b、c为同一条电场线上的三个点，三点的电势分别为，且ab=bc，下列说法正确的是（　　） A． 粉尘在吸附电子后向金属丝侧聚集 B．粉尘吸附电子后在a点的电势能小于在b点的电势能 C． D．粉尘吸附电子后在运动过程中加速度大小不变 【答案】BC 【详解】A．粉尘吸附电子之后，带负电会向带正电的金属管壁侧聚集，故A错误； B．沿着电场线方向电势逐渐降低，知a点的电势大于b点的电势，粉尘在吸附电子后，根据可知，粉尘在a点的电势能小于b点的电势能，故B正确； C．由图乙可知此，，得，故C正确； D．由于该电场为非匀强电场，故粉尘吸附电子后在运动过程中加速度大小在改变，故D错误。 故选BC。 板 书 设 计 第三节 静电的利用与防护 一、静电的利用 原理：利用电场对电荷的作用力 实例： 静电除尘：电离 → 带电 → 吸附 静电喷涂：电场力 → 定向吸附 (均匀、高效) 激光打印：静电潜影 → 吸附墨粉 二、静电的防护 原理： 避免积累、安全导走 方法： 避雷针： 尖端放电 → 中和电荷 / 引雷入地 接地： 导体 → 导入大地 (油罐车、防静电) 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 本节课通过大量的生活实例和演示实验，能够较好地激发学生兴趣，将抽象的物理知识与实际应用紧密结合起来。 难点在于学生对静电平衡和尖端放电等原理的理解深度可能不够，需要通过动画和实验反复强化，帮助学生建立正确的物理图像。 可以尝试在条件允许的情况下，增加学生分组实验环节，如自己制作简易的验电器或模拟静电除尘装置，更能培养学生的探究能力和动手能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $