7. 静电的利用与防护（表格式教学设计）物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦静电的利用（原理及实例）与防护（措施及本质），通过脱毛衣放电、静电复印等生活现象导入，关联匀强电场知识，对比“有用”与“有害”静电现象，构建“利用与防护辩证关系”的学习支架。 特色在于生活实例与实验体验结合，以静电除尘、油罐车接地等案例落实物理观念，“静电吸纸屑”“加湿消静电”实验强化科学探究，引导学生理解电荷控制本质，培养科学思维。短视频辅助直观教学，助学生落实核心素养，教师易操作，提升教学效果。

第7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7节 静电的利用与防护 教学 目标 物理观念 1.能准确描述匀强电场中电势差与电场强度的定量关系（U = Ed），能说出静电利用（如静电除尘、静电喷涂）的核心原理（电场对带电微粒的作用）； 2.能列举静电防护（如接地、加湿）的常见措施，明确防护的本质是 “中和电荷” 或 “导走电荷”； 3.理解静电 “有利” 与 “有害” 的相对性，建立 “根据场景选择利用或防护” 的认知。 科学思维 1.通过分析静电利用实例，培养 “从现象到原理” 的推理能力（如：静电除尘为何需要高压电场？）； 2.对比不同场景的静电防护措施，归纳 “针对电荷积累原因设计防护” 的思维方法（如：干燥环境易积累电荷→加湿防护）。 科学探究 1.参与 “体验静电利用与防护” 实验（如：静电吸纸屑、接地消除静电），学会观察实验现象、分析现象背后的原理； 2.分组讨论 “生活中静电利用 / 防护案例”，提升信息收集、合作交流与归纳总结能力。 科学态度 与责任 1.认识静电技术在工业生产（如静电复印）、环境保护（如静电除尘）中的应用价值，体会物理知识的实用性； 2.关注静电危害（如油罐车起火、电子元件损坏），树立 “合理利用资源、规避风险” 的科学态度。 教学 重难点 重点： 静电利用的典型实例及原理（静电除尘、静电喷涂、静电复印）； 静电防护的常用措施及本质（接地、加湿、屏蔽、使用抗静电材料）； 静电利用与防护的辩证关系（同一静电现象，因场景不同需选择利用或防护）。 难点： 理解 “高压电场使微粒带电” 在静电利用中的作用； 区分不同场景下静电防护措施的适用原因（如：油罐车接地 vs 电子厂加湿）。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 师：同学们，冬天脱毛衣时会听到 “噼里啪啦” 的声音，有时还会看到火花；而印刷厂用静电就能快速复印文件。同样是静电，为什么有的让我们困扰，有的却能帮我们做事呢？这节课我们就来探究 “静电的利用与防护的关系”。 师：先回想生活中还有哪些静电现象？它们是 “有用” 还是 “有害” 的？ 生 1：梳头时头发会粘在梳子上，这是有害的；工厂用静电吸走烟囱里的灰尘，这是有用的。 生 2：买衣服时，化纤衣服会粘在身上，有害；静电喷涂能让油漆均匀附着在工件上，有用。 师：大家观察得很仔细！静电既有可利用的一面，也有需要防护的一面，今天我们就从 “利用” 和 “防护” 两方面展开，还要弄清楚：它们之间有什么关联? 学生讨论并回答问题 新课讲授 一、探究静电的利用 师：首先看静电的利用。我们以 “静电除尘” 为例，大家先思考：烟囱里的灰尘是怎么被吸走的？（展示静电除尘装置示意图） 生 3：是不是给灰尘带电，然后用电场把它吸走？ 师：没错！装置里有一根接高压负极的金属丝，周围是接正极的金属筒。高压电场会让空气电离，灰尘颗粒接触电离后的电荷就会带电。接下来，带电的灰尘会向哪个方向运动？ 生 4：金属丝是负极，金属筒是正极，带电灰尘如果带负电，就会向正极的金属筒运动，然后粘在筒上，就能被收集了！ 师：非常准确！这就是静电利用的核心 —— 让物体带电，再用电场控制带电体的运动。再看 “静电喷涂”（播放短视频），为什么油漆能均匀粘在工件上？ 生 5：工件接正极，油漆雾化后带负电，负电油漆会被正极工件吸引，就不会浪费，还能喷得均匀！ 师：总结一下，静电利用的关键是 “使目标物体带电，利用电场力实现定向移动”，比如灰尘、油漆的移动。除了这两个，静电复印也是同样的原理 —— 让墨粉带电，吸附在带电的纸上。 例1(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是(　　) A.N接电源的正极 B.M接电源的正极 C.电场强度EB>EA D.电场强度EB<EA 答案　AC 解析　电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉吸附在管壁上，说明管壁带正电，因此可知N接电源正极，故A正确，B错误；金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示。由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处场强比A处场强大，即EB>EA，故C正确，D错误。 例2(多选)静电喷漆是利用静电现象制造的，其喷涂原理如图所示，则以下说法正确的是(　　) A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场 B.涂料微粒一定带正电 C.涂料微粒一定带负电 D.涂料微粒可能带正电，也可能带负电 答案　AC 解析　 静电喷漆的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，由正电荷对涂料的吸引作用可得出涂料带负电荷，故A、C正确。 学生讨论并回答问题 新课讲授 二、探究静电的防护：措施与本质 师：但静电如果积累过多，就会产生危害。比如油罐车运输时，油和罐壁摩擦会产生静电，一旦放电可能引发爆炸，该怎么防护呢？（展示油罐车尾部铁链图片） 生 6：我见过油罐车后面有根铁链拖在地上，是不是把静电导到地上？ 师：对！这就是 “接地”，把积累的电荷通过导体导到大地，避免电荷过多引发放电。再比如，电子厂的工人为什么要戴防静电手环？ 生 7：手环应该也是接地的，工人身上的静电能通过手环导走，防止损坏精密的电子元件！ 师：很好！除了接地，还有什么防护方法？冬天干燥时静电多，我们怎么减少静电？ 生 8：用湿抹布擦桌子，或者在房间里放加湿器，让空气变湿！ 师：为什么加湿能防护？因为潮湿的空气是导体，能把静电及时导走，而干燥的空气是绝缘体，容易积累电荷。这说明防护的本质是 “不让电荷积累”—— 要么导走（接地、加湿），要么隔绝（用防静电材料，如防静电塑料袋）。 师：再思考一个问题：避雷针怎么防护雷电（本质是强大的静电放电）？ 生 9：避雷针是尖的，能把云层的电荷提前导到大地，避免雷电击中建筑物！ 师：没错！避雷针也是利用 “接地导走电荷” 的原理，只是针对的是大规模的静电放电。 例3　生活科技上处处存在静电现象，有些是静电的应用，有些是要防止静电；下列关于静电防止与应用说法正确的是(　　) A.印刷车间应保持空气干燥，避免静电积累带来的潜在危害 B.静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关 C.在地毯中夹杂0.05～0.07 mm的不锈钢丝导电纤维，是防止静电危害 D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类同避雷针，是防止静电危害 答案　C 解析　印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，所以印刷车间中保持适当的湿度，及时把静电导走，避免静电造成的危害，故A错误；静电复印机是利用静电工作的，与静电有关，故B错误；不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷传到大地上，以免发生静电危害，属于防止静电危害，故C正确；小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线，接收无线电信号用，不属于防止静电危害，故D错误。 例4人们行走时鞋子和地板由于摩擦产生静电，带电的离子会在地板表面对空气中的灰尘产生吸引，对电脑机房、电子厂房等单位会造成一定的影响。防静电地板又叫作耗散静电地板，当它接地时，能够使电荷耗散。地板在施工时，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体。下列关于防静电地板的说法，正确的是(　　) A.地板下面铺设铝箔的作用是防潮 B.地板必须是绝缘体材料 C.地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维 D.只要地板下面铺设铝箔，地板材料是绝缘的或导电的均可 答案　C 解析　地板在施工时，地板下面要铺设铝箔，铝箔要连接到地下预埋导体，即要将地板上的静电导走，所以防静电地板必须是导电的，如地板中含有导电纤维，故C正确。 学生讨论并回答问题 课 堂 练 习 一、单选题（共8小题） 1. (1分)下列关于静电除尘的说法中正确的是(　　) A. 进入除尘器后，烟雾中的颗粒被强电场电离而带正电，颗粒向电源负极运动 B. 除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动 C. 烟雾颗粒带电后，受到竖直向下的电场力而向下运动 D. 烟雾颗粒被强电场粉碎成更小的颗粒，排到大气中人眼看不到 【答案】B 【解析】静电除尘器的两个电极接高压电源，极间形成强电场，使空气发生电离，自由电子在电场力作用下，向正极加速运动，电子被烟雾颗粒吸附后，一起向电源正极运动，在正极积聚大量颗粒，在重力作用下，从除尘器的下部排出，B正确。 2. (1分)静电复印机的中心部件，是一个可以旋转的接地的铝辊，表面镀着一层半导体硒，叫作硒鼓。半导体硒有特殊的光电性质，没有光线照射时是很好的绝缘体，能保持电荷，受到光的照射就立刻变成导体，将所带的电荷导走。复印每一页书稿都要经过充电、曝光、显影、转印等几个步骤，这些步骤是在硒鼓转动一周的过程中依次完成的。如图所示，曝光后的硒鼓上留下H字符，关于H字符，下列说法中正确的是(　　) A. H字符是没有光照射的地方，不带电荷 B. H字符是没有光照射的地方，保持着正电荷 C. H字符是有光照射的地方，不带电荷 D. H字符是有光照射的地方，带正电荷 【答案】B 【解析】根据题意可知，晒鼓没有光线照射时是很好的绝缘体，能保持电荷，受到光照时立刻变成导体，电荷会被中和。若利用光学系统将原稿上字迹的像成在硒鼓上，硒鼓上字迹的像应是没有光照射的地方，保持着正电荷，其他地方受到了光线照射，正电荷被导走，不带电荷，B正确。 3. (1分)(2023·广东佛山高二期中)如图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是(　　) A. 到达集尘极的尘埃带正电荷 B. 电场方向由放电极指向集尘极 C. 带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 D. 同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 【答案】D 【解析】尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受电场力的方向与电场方向相反，C错误；根据F＝qE可得，同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。 4. (1分)(2023·江苏泰州高二期中)下列措施中不是为了防治静电产生危害的是(　　) A. 飞机的轮胎使用导电橡胶制成的 B. 罐车尾部常拖一条铁链 C. 电视机上装一根户外天线 D. 在高大的建筑物顶端装上避雷针 【答案】C 【解析】飞机的轮胎使用导电橡胶制成的，可以有效将飞机上的静电导入大地，属于防治静电产生危害，故A不符合题意；油罐车在运动的过程中，因为里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条铁链就可以及时的把产生的静电导走，属于防治静电产生危害，故B不符合题意；电视机上装一根户外天线的目的是接受电磁波，不属于防治静电产生危害，故C符合题意；在高大的建筑物顶端装上避雷针是静电现象的防治，故D不符合题意。 5. (1分)(2023·福建福州期中)下列说法不正确的是(　　) A. 避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和 B. 为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 C. 验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电 D. 为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑 【答案】B 【解析】避雷针利用尖端放电的原理来避雷，必须做成针状， 不能做成球形，带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，中和云层中的电荷，A正确，B错误；验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电，C正确；高压输电线表面要尽量光滑，是为了避免因尖端放电而损失电能，D正确。 6. (1分)关于静电的利用和防范，以下说法正确的是(　　) A. 印染厂应保持环境干燥，避免静电积累带来的潜在危害 B. 油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上， 避免产生电火花引起爆炸 C. 飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚 D. 手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧 【答案】B 【解析】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错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条铁链就可以及时将静电导走，避免产生电火花引起爆炸，故B正确；飞机着地轮装有搭地线或用导电橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，故C错误；绝缘性能良好的化纤制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，故D错误。 7. (1分)(2023·江西南昌高二月考)小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的是(　　) A. 制作这些图标的依据是静电屏蔽的原理 B. 工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 C. 化纤手套与接触物容易摩擦起电，存在安全隐患 D. 用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系 【答案】C 【解析】这些图标是防止静电的发生，A错误；化纤手套、化纤衣服与接触物容易摩擦起电，存在安全隐患，B错误，C正确；用绝缘的塑料梳子梳头，摩擦起电，存在安全隐患，D错误。 8. (1分)(2023·浙江宁波高二期中)如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，钢针与手摇起电机的负极相连，在铝板和钢针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，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. 烟尘因为带正电而被吸附到钢针上 B. 同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小 C. 同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大 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】C 【解析】在铝板和钢针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，进而被吸附到铝板上，A错误；由于电场力做功，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项C正确，B错误；由于离铝板越近，电场强度越小，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小，选项D错误。 二、多选题（共2小题） 9. (1分)(多选)(2023·浙江金华高二期中)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 【解析】尘埃经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。 10. (1分)(多选)(2023·四川绵阳高二期中)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，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是(　　) A. 云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 B. 避雷针上的电流方向从尖端流向底端 C. 避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小 D. 地磁场对避雷针有作用力 【答案】AD 【解析】根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A正确；负电荷从尖端流向底端，而电流的方向规定为正电荷运动的方向，因此电流的方向从底端流向尖端，B错误；由于电荷更容易集中到尖端，从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，C错误；根据磁场对通电电流有力的作用可知，地磁场对避雷针有作用力，D正确。 课 堂 小 结 一、静电的利用：原理与典型实例 核心原理：通过使目标物体（或微粒）带电，利用电场力实现带电体的定向移动，满足生产或生活需求。 典型实例： 静电除尘：高压电场使空气电离，灰尘颗粒带电后向异性电极（金属筒）移动，实现灰尘收集，用于环境保护； 静电喷涂：油漆雾化后带电，在电场力作用下向带异种电荷的工件移动，实现均匀喷涂，减少材料浪费； 静电复印：墨粉带电后吸附在带电的复印纸上，还原原稿图案，提升办公效率。 关键条件：需通过高压电场使微粒带电，确保电场力足以驱动带电体定向移动，这是静电利用的核心前提。 二、静电的防护：措施与本质 防护本质：避免电荷过度积累引发放电（如火花、电击），核心思路是 “导走电荷” 或 “隔绝电荷”，阻止电荷聚集。 常用措施及适用场景： 接地：通过导体（如油罐车尾部铁链、防静电手环）将积累的电荷导至大地，适用于易引发爆炸（油罐车）、损坏精密元件（电子厂）的场景； 加湿：利用潮湿空气的导电性，及时导走静电，适用于干燥环境（如冬季室内、纺织厂）； 屏蔽 / 抗静电材料：用屏蔽罩或抗静电材料（如防静电塑料袋）隔绝外部电场或减少电荷积累，适用于保护电子设备、易燃易爆物品； 避雷针：通过尖端放电提前将云层电荷导至大地，避免雷电（大规模静电放电）击中建筑物 板 书 设 计 第7节 静电的利用与防护的关系 一、静电的利用 核心原理：使物体 / 微粒带电，借电场力实现定向移动 典型实例① 静电除尘：高压电场→灰尘带电→向金属筒移动（环保）② 静电喷涂：雾化油漆带电→向工件（异种电荷）吸附（省料）③ 静电复印：墨粉带电→吸附于带电纸张（高效） 二、静电的防护 防护本质：阻止电荷过度积累（导走 / 隔绝），避放电危害 常用措施（附场景）① 接地：油罐车铁链、防静电手环（防爆炸 / 元件损坏）② 加湿：干燥环境（如冬季、纺织厂）→导走静电③ 抗静电材料：防静电塑料袋 / 地板（护电子设备）④ 避雷针：尖端放电→导云层电荷入地（防雷电） 作业 布置 1. 完成教材课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教学反思 生活实例驱动，降低抽象知识门槛​ 以 “脱毛衣放电”“静电复印” 等学生熟悉的现象切入，后续延伸至静电除尘、油罐车接地等工业 / 生活实例，让 “静电利用” 与 “防护” 不再是抽象概念。课堂提问中，85% 以上学生能快速关联实例与对应的静电特性（如 “化纤衣服粘身” 对应电荷积累，“静电植绒” 对应电荷吸附），有效落实 “物理观念” 中 “从生活到物理” 的认知转化。​ 实验设计直观，强化体验式学习​ 设计 “静电吸纸屑（利用）” 与 “加湿消静电（防护）” 两组对比实验，学生通过亲手操作观察到 “摩擦带电→吸附纸屑”“湿布擦拭→吸附消失” 的明显差异，直观理解 “电荷积累是利用的前提，电荷导走是防护的核心”。实验后问卷反馈，78% 学生认为 “通过实验更清楚利用与防护的本质区别”，符合 “科学探究” 中 “通过实验验证规律” 的素养要求。​ 辩证关系突出，培养科学思维​ 围绕 “静电无好坏，按需选择” 的核心逻辑，通过 “同一塑料尺：摩擦后利用（吸纸屑）→加湿后防护（不吸纸屑）” 的递进案例，引导学生理解 “利用” 与 “防护” 的统一（均围绕 “电荷控制”）。分组讨论环节，学生能自主总结出 “需要吸附 / 定向移动时用利用，可能引发危险时用防护” 的规律，初步形成 “具体问题具体分析” 的科学思维。 / 学科网（北京）股份有限公司 $