4.静电的防止与利用（培优教学课件）物理人教版2019必修第三册

该高中物理课件围绕静电场的核心知识展开，从生活中的静电现象导入，逐步引导学生理解静电产生的本质、静电平衡、尖端放电、静电屏蔽与静电吸附等关键概念，通过问题链设计构建清晰的知识脉络，形成由现象到原理、由理论到应用的学习支架。 其亮点在于深度融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养，以“加油站触摸静电释放器”真实情境激发兴趣，用控制变量法探究库仑力规律，借助静电屏蔽实验模型强化抽象思维，体现“建模—推理—验证”的科学探究路径。例如，通过分析高压设备表面光滑防止尖端放电的实例，培养学生趋利避害的工程意识，提升解决实际问题的能力。学生在学习中能建立系统认知结构，教师则可借此优化教学设计，实现素养导向的教学目标。

第九章 静电场及其应用 必修第三册•人教版 第4节 静电的防止与利用 同学们，今天开启必修第三册第九章第四节“静电的防止与利用”的学习。 在这里，你将探究静电的产生与影响，理解静电防用的核心原理，掌握典型实例的运作机制，认识趋利避害的科学思维价值。 让我们一起走进静电的实际应用世界，通过观察生活现象、结合模拟实验分析，明晰静电防用的关键逻辑，为解决实际电磁问题筑牢基础！ 导入新课 自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。 在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？ 问题 ？ 导入新课 实验员为什么不会受到电击的伤害？ 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与责任 1.理解静电产生的本质是电荷的转移与积累，知道摩擦起电、感应起电等常见成因； 2.掌握静电利用和防止的核心原理。 1.能运用电场知识解释静电吸附、火花放电等现象的原理； 2.通过对比静电利用与危害的案例，归纳 “趋利避害” 的科学分析思路。 1.设计简单实验观察静电现象，验证电荷转移规律； 2.模拟探究接地、绝缘等措施对静电防范的效果。 1.认识静电在工业、生活中的实际应用价值（如静电喷涂），树立理论联系实际意识； 2.了解静电危害，重视安全防范措施。 学习目标 重点难点 重点 难点 1.理解静电产生的本质原因； 2.掌握静电利用的典型实例及原理； 3.明确静电防止的常用方法及依据。 1.理解静电现象背后的电场作用机制； 2.实际场景中静电防用原理的迁移应用； 3.区分不同情境下的静电应对措施。 1. 静电平衡 2. 尖端放电 3. 静电屏蔽 4. 静电吸附 5. 课堂总结 6. 练习与应用 7. 提升训练 学习内容 一、静电平衡 第4节 静电的防止与利用 一、静电平衡 如图，把一个不带电的金属导体ABCD放电电场强度为E的电场中。导体上会出现怎样的现象？ — — — — — — — — — 由于静电感应，在导体 AB 侧的平面上将感应出负电荷，在 CD 侧的平面上将感应出正电荷。 1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。 一、静电平衡 导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？ — — - + - + - + 2.导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场。 感应电荷的电场和外电场叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0 一、静电平衡 感应电荷的电场和外电场叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0 3. 静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态。 - + - + - + - + - + 导体内自由电子的定向移动会一直进行下去吗？两端的感应电荷会无限制增加吗？ 一、静电平衡 - + - + - + - + - + 2.处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为0。 1.金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 静电平衡的特点 一、静电平衡 静电平衡的特点 - + - + - + - + - + 3.导体内部无电场线分布，外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。 若场强方向跟该点的表面若不垂直，则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。 处于静电平衡状态下的导体中的电荷又是怎样分布的呢？ 【例题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 A 一、静电平衡 【解析】处于静电平衡状态下导体内部电场强度均为零，故BCD错误，A正确。 【答案】A 一、静电平衡 二、尖端放电 第4节 静电的防止与利用 二、尖端放电 尖端周围电场很强 思考1.避雷针的原理是什么？ - - - - - - - - - - - - - + + + + + + ++ + + 空气电离 导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气 分子中的正负电荷分离。这个现象叫作空气的电离。 尖端上的电荷被中和 等效于 尖端释放电荷 导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。 二、尖端放电 静电平衡时导体上的电荷分布： （1）导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面； （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 二、尖端放电 根据静电平衡时导体上的电荷分布规律： ①导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。 ②电离出来的正、负电荷，与尖端附近的异种电荷进行中和，相当于导体从尖端失去电荷，这种现象称之为——“尖端放电”。 二、尖端放电 尖端放电 现象 二、尖端放电 尖端放电 过程 二、尖端放电 尖端放电的应用： 避雷针 二、尖端放电 应用——电子点火器 针尖形状 打火机电击器 二、尖端放电 2.现象： 尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。 夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电现象。 防止：高压设备 【例题2】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 C 二、尖端放电 【解析】 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；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；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；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。 二、尖端放电 三、静电屏蔽 第4节 静电的防止与利用 三、静电屏蔽 议一议：如果放入电场中的是一个空腔导体，会如何？ 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。 三、静电屏蔽 三、静电屏蔽 实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。 三、静电屏蔽 三、静电屏蔽 内屏蔽 外屏蔽 接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响 三、静电屏蔽 应用：屏蔽服、屏蔽线、高压线屏蔽 屏蔽服 屏蔽线 高压线屏蔽 【例题3】如图所示，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，发现验电器的箔片没有张开。下列说法正确的是（　　） A．金属网上A点的电势高于B点的电势 B．电梯中手机信号微弱，其原理与该实验相同 C．带电金属球在金属网内部产生的电场强度为0 D．箔片没有张开，是因为感应出的负电荷都集中在验电器的金属小球上 B 三、静电屏蔽 【解析】关于金属网上A、B两点的电势。在静电平衡状态下，金属网是一个等势体，即其上各点的电势相等。因此A点的电势等于B点的电势，而非小于B点，故A错误；提到电梯中手机信号微弱与该实验原理相同。电梯对电磁波产生了屏蔽作用，这与本题中的静电屏蔽现象原理相似，故B正确；虽然金属网外部存在电场，但由于静电屏蔽作用，金属网内部（包括验电器所在位置）的合电场强度为零，是因为金属网产生电场的电场强度与外部电场的电场强度大小相等，方向相反，但这并不意味着带电金属球在金属网内部产生的电场强度本身为零，故C错误；由于金属网的静电屏蔽作用，验电器内部的电场强度几乎为零，验电器内金属里面的电子不会定向移动，呈电中性，因此箔片不会张开，故D错误。 故选B。 三、静电屏蔽 四、静电吸附 第4节 静电的防止与利用 四、静电吸附 思考：为什么最后烟尘都没有了？ 起电机 烟尘 请认真观察烟尘的变化 四、静电吸附 思考2.烟尘通常是电中性的，哪来的带电粒子？ 思考：为什么要加载高压?高压的作用是什么? 建模 烟尘为什么会消失呢？ 粉尘 气体电离 →粉尘电荷 →移向电极 - - - - + + + + 四、静电吸附 接负高压的涂料雾化器 工件 用接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着正极的工件运动，并沉积在工件的表面。 应用：静电喷涂 四、静电吸附 利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。 应用：静电复印 【例题4】研究静电除尘的实验装置如图所示，金属板和金属针分别与电源的正极、负极相连，带负电的尘埃会向金属板运动并吸附到金属板上。图中的实线为电场线，下列说法正确的是（　　） A．带电尘埃一定沿着电场线运动 B．同一带电尘埃在M点的加速度小于在P点的加速度 C．M点和N点的电场强度相同 D．金属板附近的空气中的气体分子更容易被电离 B 四、静电吸附 【解析】尘埃带电后带负电，受与场强方向相反的电场力，将向集尘板运动，除沿着竖直电场线方向运动的带电尘埃受到的电场力与速度方向相同而沿电场线运动外，其它方向的带电尘埃由于受到电场力方向时刻变化，与速度方向不同，因此尘埃不会沿电场线运动到达集尘板，故A错误；由图可知，P点电场线比M点密集，因此P点电场强度比M点的大，所以同一带电尘埃在M点的加速度小于在P点的加速度，故B正确；由图可知，M点电场线比N点密集，因此M点电场强度比N点的大，而M点与N点的切线方向不同，即两点的电场强度方向不同，故C错误；由图可知金属针附近的空气中的气体分子更容易被电离，故D错误。 故选B。 四、静电吸附 五、课堂总结 第4节 静电的防止与利用 五、课堂总结 六、练习与应用 第4节 静电的防止与利用 六、练习与应用 D 【解析】 由静电感应可知，棒左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，故A错误；q在棒中心O处产生的电场方向向右，根据平衡关系可知，棒上感应电荷在棒中心O处产生的电场方向向左，大小相同；同理可知，棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端 处产生的电场强度大小为 ， 故BC错误；导体棒是等势体，左右端电势相等，若用一根导线将A、B相连，导线上不会产生电流，故D正确。 故选D。 六、练习与应用 六、练习与应用 2. 如图所示，A为带负电荷的小球，将带有绝缘支架的不带电的导体棒PQ靠近A放置，图中开关S1、S2开始均为打开状态，则（　　） A．导体棒P端带负电，Q端带正电 B．仅闭合S1，瞬间有向右的电流经过S1 C．仅闭合S2，Q端的感应电荷会减少 D．感应电荷在P端产生的场强小于在Q端产生的场强 C 【解析】导体棒处在负电荷的电场中，由于静电感应现象，导体棒P端要感应出正电荷，Q端会出现负电荷，故A错误；静电平衡后，仅闭合S1，导体和导线并联，没有向右的电流经过S1，故B错误；不闭合S2前，Q端感应出的电荷大小等于A的带电荷量，仅闭合S2，则导体棒PQ与大地构成新的导体，则大地是远端且为高电势点，导体棒上的电子转移到大地中，导体棒整体带正电，则Q端感应出的电荷小于A的带电荷量，故Q端的感应电荷会减少，故C正确；点电荷激发的电场公式 ，P端据场源电荷A近，A激发的电场也大，而静电平衡后各点合场强为0，故导体P上的感应电荷在P端产生的场强始终大于在Q端产生的场强，故D错误。 故选C。 六、练习与应用 六、练习与应用 2. 如图所示，绝缘金属球壳的空腔M内、外各有一小球N和Q，下列说法不正确的是（     ） A．若Q、M不带电，M不接地，则N带电时，Q上无感应电荷 B．若Q、M不带电，M接地，则N带电时，Q上无感应电荷 C．若M、N不带电，M不接地，则Q带电时，N上无感应电荷 D．若M、N不带电，M接地，则Q带电时，N上无感应电荷 C 【解析】 若Q、M不带电，M不接地，则N带电时，由于静电屏蔽，Q上无感应电荷；若M接地，M与大地组成一个大导体，靠近N的一端和大地将出现感应电荷，Q上无感应电荷，故A、B正确；若Q、N不带电，M不接地，则Q带电时，Q产生的电场会影响N，N上有感应电荷；若M接地，Q产生的电场不会影响N，N上无感应电荷，故C错误，D正确。 故选C。 六、练习与应用 七、提升训练 第4节 静电的防止与利用 B 七、提升训练 1. 如图，A点固定一个带正电的点电荷，将一个不带电的金属球壳移到A点附近并固定，O为球壳球心，在过A、O两点的直线上有B、C两点，两点均在球壳内且到O点的距离相等，开始时开关K断开，下列说法正确的是（　　） A．在感应电荷的电场中，B、C两点的场强大小相等 B．在感应电荷的电场中，B点的场强比C点的场强大 C．将开关K闭合，感应电荷在B点产生的场强变大 D．将开关K闭合，感应电荷在C点产生的场强变小 【解析】 处于静电平衡时，导体内部场强处处为零，点电荷在B点产生的场强比在C点产生的场强大，因此感应电荷在B点产生的场强比在C点产生的场强大，故A错误，B正确；将开关闭合，点电荷在B、C两点产生的场强不变，感应电荷在B、C两点产生的场强不变，故CD错误。 故选B。 七、提升训练 七、提升训练 2. 如图所示，将一不带电的金属导体放入点电荷的电场中，并将其左侧接地，则（　　） A．导体左右两端带等量异种电荷 B．导体内部的电场强度处处为零 C．导体内部A处场强小于B处场强 D．感应电荷在导体内部产生的电场方向向右 B 【解析】 导体放在正电荷的电场中，电势高于大地，因导体左端接地，则大地中的负电荷将从大地移向导体，则导体左端带负电荷，右端不带电，故A错误；导体处于平衡时内部的电场强度处处为零，内部A处场强等于B处场强，故B正确，C错误；正电荷和感应电荷在导体内的合场强为零，因正电荷在导体内部的场强方向向右，则感应电荷在导体内部产生的电场方向向左，故D错误。 故选B。 七、提升训练