2.3 静电的利用与防护 教学设计-2025-2026学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高二 学期 秋季 课题 静电的利用与防护 教学目标 1. 知道静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒等。 2. 了解尖端放电及其应用。 3. 认识静电的危害和防止的方法。 4. 了解静电利用和防护的实例，认识物理学对经济、社会发展的推动作用，培养学生的科学态度和社会责任感。 教学重难点 教学重点： 1. 静电知识的应用。 2. 产生尖端放电现象的原理。 教学难点： 1. 静电喷涂、静电除尘等的工作原理。 2. 结合对尖端放电原理的探究解释避雷针的应用原理。 教学过程 【新课导入】 自然界到处都有静电。生产中的挤压、切割、搅拌和过滤，生活中的起立、行走、穿衣和脱衣等过程都会产生静电。静电给我们的工作与生活带来了什么影响？我们应如何“趋其利，避其害”呢？ 【新课教学】 1、 静电的利用 1. 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负电荷，并吸附于带正电荷的被涂物的涂装技术。 与传统的喷漆工艺相比较，静电喷涂具有显著优势，如涂层质量高、涂料利用率高、对使用者操作技巧要求低等。在生活中得到了广泛的应用。目前，大到高铁、汽 车、拖拉机，小到工件、玩具、家用电器等，都会用到静电喷涂技术。 2. 静电除尘：是利用电荷相互作用的性质，把带有不同电性的粉尘从烟气中分离出来，再分类处理的过程。 学习探究任务一：静电除尘的工作原理 【思考问题】如图所示，是一个静电除尘的简易实验装置，透明瓶中充满烟尘。将高压电源的正、负两极分别接到绕在透明瓶上的金属螺旋线和插在透明瓶内的金属直导线上，能观察到什么现象？分析这些现象产生的原因。 高压电源的正级接到金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上，它们之间有很强的电场，而且距管心的金属线越近，场强越大。因此，金属线附近的气体分子被强电场电离，成为电子和正离子。 在电场力的作用下，正离子被吸引到金属线上，得到电子而成为分子；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。此装置既可以清洁环境又可回收尘埃中的有用物质。 3. 静电复印：是美国物理学家卡尔逊于1938年发明的一种影印复印技术。它是一种利用正、负电荷的吸引力进行油墨转移的印刷方式，又称无压印刷。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, 没有光照时，OPC是绝缘体，受到光照时则变成导体。 静电复印机在预热时，先通过机内电路使有机光导体鼓在暗处带正电，按下复印键时，把强光照到文件上，文件反射的光通过光学系统在鼓上成像，亮处的OPC层变成导体，所带的电荷流失，暗处的电荷则保留下来。这时在鼓上就形成了与曝光图像相同的带电图案,称为“静电潜像”,接 着，有机光导体鼓转动，“静电潜像”经过墨粉盒时，带负电的墨粉被吸附在鼓表面带正电的部位上，使“静电潜像”变成了可见的像，之后，有机光导体鼓继续转动，潜像部分经过复印纸时把掺有树脂胶的墨粉印在白纸上，白纸就逐渐变成文件的副本，最后，纸从有机光导体鼓区域出来后，定影器热晒新印的文件，让墨粉永久粘在纸上，纸张最终送出，文件的复印流程完成。 4. 静电植绒：是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。真空中带负电的绒毛通过设计按照一定的下落规律到达相应位置，与布匹上的黏合剂接触，并粘贴在布匹上，从而形成设计的图案。 2、 尖端放电 通过电荷在导体上的分布特点，我们可以知道在导体外表面越尖锐的位置，电荷密度越大，电场线越密，周围的电场强度越强。 1. 空气的电离：由于导体尖端处表面的电荷密度很大，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，并使分子中的正、负电荷分离。 2. 尖端放电：空气被电离出的带电离子与尖端上的电荷进行中和，尖端电量减少的现象。（播放尖端放电实验视频） 3. 尖端放电的应用：如燃气灶的点火器、建筑物上的避雷针等。 学习探究任务二：避雷针的应用原理 【思考问题】观察实验视频，结合尖端放电的原理思考：避雷针是如何起到避雷作用的？ 避雷针是利用尖端放电原理保护建筑物等避免雷击的一种设施。它是由一根或几根尖锐的金属棒构成，被安装在建筑物的顶部，用粗导线将其与埋在地下的金属板连接，保持其与大地的良好接触。在刚刚的实验视频中，我们用两块铝板分别来模拟天空和地面。 当带电的积雨云移来时，云层与建筑物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并伴有雷鸣。 导体尖端电荷密度大，尖端周围电场强，强电场使空气分子中正负电荷分离，带电云层与避雷针间空气成为导体，带电云层与避雷针连通形成电路，避雷针接地，将云层电荷导入大地，从而起到避雷的作用。 3、 防止静电危害 静电时常也会给人们带来不便、烦恼甚至危害。静电危害一般分为两类：一是静电力造成的不良后果；二是静电火花引发的灾害。 【思考问题】如何防止静电危害产生呢？ 一是控制静电的产生。可以采用起电较少的设备材料，如穿棉质含量高的衣服，用石棉等绝缘材料作为导体的外壳，在机械经常发生摩擦处添加抗静电剂等。 二是把产生的电荷尽快导走。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷导入大地，避免静电积累。 【小结提升】 1、 静电的利用 静电喷涂、静电除尘、静电复印、静电植绒 2、 尖端放电 空气的电离、尖端放电原理、避雷针的原理 3、 防止静电危害 危害：静电力造成的不良后果；静电火花引发的灾害 措施：控制静电的产生；把产生的电荷尽快导走 课后思考：静电实验是晴天容易做还是雨天容易做？为什么？ 学科网（北京）股份有限公司 $