第9章 第4节 静电的防止与利用（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦静电的防止与利用，系统梳理静电平衡状态的形成过程、特征及电荷分布规律，衔接尖端放电、静电屏蔽现象，进而延伸至静电在除尘、喷漆等领域的应用与防止措施，构建从理论到实践的学习支架。 资料以“理解-应用-拓展”为主线，通过静电平衡过程分析、尖端放电原理辨析等模块培养科学思维，结合避雷针、高压作业屏蔽服等实例渗透科学态度与责任。课中助力教师清晰讲解抽象概念，课后学生可通过例题与练习题巩固知识，有效查漏补缺。

第4节　静电的防止与利用 课标要求 科学思维 1．理解静电平衡状态的形成过程，知道处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。 2．解尖端放电、静电屏蔽现象，了解静电的防止的原理。 3．知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。 关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系。 一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布 1．静电感应现象：处于电场中的导体，由于电场力的作用，电荷出现重新分布的现象。 2．静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态。 3．静电平衡状态的特征 (1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为零。 (2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的电场强度方向必跟该点的表面垂直。 (3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面。 4．导体上电荷的分布 (1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面。 (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、尖端放电和静电屏蔽 1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象。 2．尖端放电：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，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。 4．尖端放电和静电屏蔽的应用、防止 (1)尖端放电 ①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。 (2)静电屏蔽的应用 ①电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通讯电缆外面包一层铅皮，可以防止外电场的干扰。 ②电工进行高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业。 　对静电平衡的理解 1．静电平衡的过程 (1)电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。 (2)合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。 2．对静电平衡的三点理解 (1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。 (2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 (3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。 3．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点 (1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。 (2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，近异远同，如图甲所示。 (3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示。 处于静电平衡的导体周围的电场分布情况 静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。 　在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少？方向如何？ 【解析】　根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A、B两点电荷在O处所产生的合场强等大、反向，即E感＝EA＋EB＝k＋k＝，A、B在O处产生的电场强度方向向左，所以E感向右。 1．一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(　　) A．QA＝10－8 C，QB＝10－8 C B．QA＝2×10－8 C，QB＝0 C．QA＝0，QB＝2×10－8 C D．QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C 【解析】　B　A、B接触达到静电平衡后，净电荷只分布在A的外表面上，故B正确。 　对静电屏蔽的理解 1．静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零。 2．静电屏蔽的两种情况 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 图示 实现 过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 　如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B接触，达到静电平衡后，则(　　) A．B的空腔内电场强度为零 B．B不带电 C．B的外表面带正电 D．B的内表面带负电 【分析】　(1)因静电感应，带正电小球A可使金属壳内外表面产生感应电荷。 (2)金属壳B的外表面接地，外表面与大地间可通过接地线发生电荷的转移，最终使金属壳外表面不带电。 【解析】　D　因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错。 【技巧与方法】　处理静电屏蔽问题的三点注意 (1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果。 (2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。 (3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。 2．如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不跟球壁接触)，再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，但不接触时(　　) A．小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向 B．小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向 C．小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变 D．小球A和B的位置都不变 【解析】　B　对A受力分析：由于静电屏蔽，B球对球壳里面没有影响，A球受力情况不变，A球位置不变，A、C错；对B受力分析：球壳C不接地，A球对外界有影响，B球受到球壳的引力，B球向右偏离，B对，D错。 　静电的产生、应用和防止 1．静电是如何产生的 两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失，而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电，并聚集起来，当达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响。 2．静电的应用和防止 (1)静电的应用 利用静电的性质 应用举例 利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘 利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理 利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨 (2)静电的防止 防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。 防止静电的途径主要有： ①避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。 ②避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。 　(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷漆的原理如图所示，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．涂料微粒可以带正电，也可以带负电 【解析】　AC　静电喷涂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，而达到喷漆的目的，A正确；由题图知，待喷漆工件带正电，所以涂料微粒应带负电，C正确。 3. 如图为静电除尘示意图，m、n 为金属管内两点。在 P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离。电离出来的电子在电场力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致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．Q接电源的正极，且电场强度Em＝En B．Q接电源的正极，且电场强度 Em＞En C．P接电源的正极，且电场强度 Em＝En D．P接电源的正极，且电场强度 Em＞En 【解析】　B　管内接通静电高压时，管内存在强电场，它使空气电离而产生电子和正离子。电子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电。所以金属管Q应接高压电源的正极，金属丝P接负极。构成类似于点电荷的辐向电场，所以越靠近金属丝，电场强度越强，故A、C、D错误，B正确。 1. (多选)如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的有(　　) A．带正电的矿粉落在右侧 B．电场力对矿粉做正功 C．带负电的矿粉电势能变大 D．带正电的矿粉电势能变小 【解析】　BD　带正电矿粉受到的电场力方向向左，故落在收集板的左侧，A项错误；电场力对矿粉做正功，矿粉的电势能减小，动能增加，所以B、D项正确，C项错误。 2. (多选)如图所示，带负电的点电荷旁有一接地的大金属板，A为金属板内一点，B为金属板左侧外表面上一点，下列对金属板上的感应电荷分别在A点和B点产生的电场强度方向的判断正确的是(　　) A．感应电荷在A点的电场强度沿E1方向 B．感应电荷在A点的电场强度沿E2方向 C．感应电荷在B点的电场强度可能沿E3方向 D．感应电荷在B点的电场强度可能沿E4方向 【解析】　BC　金属板内的电场强度处处为0，则感应电荷的电场与点电荷的电场等大反向，即感应电荷在A点的场强沿E2方向，选项A错误，选项B正确；金属板表面的电场强度垂直于金属板表面向外，即感应电荷的电场与点电荷的电场的合场强垂直金属板向左，则感应电荷在B点的场强可能沿E3方向，选项C正确，选项D错误。 3. 如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则(　　) A．A球带负电荷，B球带正电荷 B．A球带负电荷，B球不带电 C．A、B两球都带负电荷 D．A、B两球都带正电荷 【解析】　B　将带正电荷的球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷。用手接触A相当于把A接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电。当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷，由上述选项可知，B正确。 4．(多选)如图所示，用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带电金属球靠近金属网，则下列说法正确的是(　　 ) A．箔片张开 B．箔片不张开 C．金属球带电电荷足够大时才会张开 D．金属网罩内部电场强度为零 【解析】　BD　静电屏蔽：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，故用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开。金属网罩内部电场强度为零；故BD正确、AC错误。故选BD。 5. 如图所示，半径为R的硬橡胶圆环上带有均匀分布的负电荷，总电荷量为Q，若在圆环上切去一小段l(l远小于R)，已知静电力常量为k，求圆心O处的电场。 【解析】　AB段的电荷量q＝l，则AB段在O点产生的电场强度E＝k＝k，方向从O指向AB，所以剩余部分圆环在O点产生的电场强度大小等于，方向从AB指向O。 【答案】　电场强度大小为　方向从AB指向O 6. 带电荷量为Q的正电荷距一很大的接地金属板的距离为a，如图所示。试求金属板对点电荷的作用力。 【解析】　由于接地金属板很大，因此点电荷Q发出的电场线会全部终止并垂直于金属板，可见板左侧的电场和相距2a的等量异种点电荷产生的电场完全一致，则可用求相距为2a的等量异种电荷间的相互作用力来“等效”代替求感应电荷对Q的作用力，如图所示。故感应电荷对Q的作用力F＝k＝k，方向由＋Q垂直指向金属板。 【答案】　k　方向由＋Q垂直指向金属板 学科网（北京）股份有限公司 $