1.导学案 第九章 静电场及其应用 4.静电的防止与利用（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案围绕“静电的防止与利用”展开，核心知识点包括静电平衡、尖端放电、静电屏蔽及静电吸附。通过金属导体电场感应、蜡烛火焰偏斜等情境引领，以问题驱动结合新知导学、辨析明理等学习支架，构建从概念到应用的知识脉络。 资料特色在于情境生活化与问题链设计，典例精研融入高考题，学后评价与课堂检测结合。注重科学思维（推理、论证）和物理观念（相互作用）培养，帮助学生掌握知识应用，提升自主探究与问题解决能力。

4.静电的防止与利用 学习目标 学后评价 1.知道什么是静电平衡,能掌握静电平衡状态下导体的特点。 优秀□　　良好□ 2.知道导体上电荷的分布特征,了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。 优秀□　　良好□ 3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 优秀□　　良好□ 学习任务一　静电平衡 【情境引领】 如图所示,不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子将发生定向移动,使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题: 问题1.自由电子定向移动的原因是什么?定向移动的方向如何? 提示:自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动,向着与电场相反的方向定向移动。 问题2.自由电子能否一直定向移动?为什么? 提示:不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向,阻碍电子的定向移动,当这两个电场大小相等时,电子的定向移动终止。 【新知导学】 1.静电平衡:导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 2.处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为0,即外电场E0和感应电荷产生的电场E'的关系为E0=-E'。 3.导体上电荷的分布 (1)静电平衡时,导体内部没有净电荷,电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体外表面,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。 4.处于静电平衡状态的导体,其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直。 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。 (　　) (2)静电平衡时,导体内部不再有电荷的定向移动。 (　　) (3)一个孤立的带电体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,不具有静电平衡的特点。(　　) 提示:(1)×　(2)√　(3)× 2.处于静电平衡的导体内部有电荷吗?为什么? 提示:没有。若导体内部有电荷,则内部场强不为零,导体不处于静电平衡状态。 【典例精研】 [典例1](2025·玉林高二检测)如图所示,原来不带电,长为l的导体棒水平放置,现将一个电荷量为+q(q>0)的点电荷放在导体棒的中心轴线上距离导体棒的左端R处,A、B分别为导体棒左右两端的一点,静电力常量为k。当导体棒达到静电平衡后,下列说法正确的是 (　　) A.导体棒的两端都感应出负电荷 B.导体棒上感应电荷在导体棒的中心轴线上距导体棒的右端处产生的电场强度大小为E=k C.导体棒上感应电荷在导体棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D.若用一根导线将A、B相连,导线上不会产生电流 【解析】选D。由静电感应可知,导体棒左端感应出负电荷,右端感应出正电荷,故A错误;点电荷在导体棒中心O处产生的电场方向向右,根据平衡关系可知,导体棒上感应电荷在导体棒中心O处产生的电场方向向左,大小相同;同理可知,导体棒上感应电荷在导体棒的中心轴线上距导体棒的右端处产生的电场强度大小为E=,故B、C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。 【归纳总结】 处于静电平衡状态的导体上的感应电荷产生的电场强度的求解方法 (1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。 (2)由于导体处于静电平衡状态,则满足静电平衡条件E合=0。 (3)由E外+E感=0,求出感应电荷产生的电场强度E感的大小和方向。 【对点训练】 1.矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中,静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是 (　　) 【解析】选A。导体处于静电平衡状态时,导体内部场强处处为0,感应电荷在导体内部某处产生的电场与点电荷Q在此处产生的电场场强大小相等,方向相反,故A正确,B、C、D错误。 2.一个带有绝缘底座的空心金属球壳A上均匀带有4×10-8 C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B上带有2×10-8 C的负电荷,使B球与球壳A内壁接触。如图所示,则A、B带电荷量分别为 (　　) A.QA=1×10-8 C,QB=1×10-8 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】选B。由于A、B带异种电荷,接触以后,要先中和掉一部分电荷,中和以后可以把A、B看作一个整体,对于这个整体来说,由于静电平衡,其净电荷只分布在外表面上,它的内壁和B球将无净电荷的分布。所以QA=2×10-8 C,QB=0。 学习任务二　尖端放电 【情境引领】 如图所示,在一个导体尖端附近放一根点燃的蜡烛,当我们不断地给导体充电时,火焰就好像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏斜。 问题.请应用尖端放电解释这一现象。 提示:不断地给导体充电时,在导体尖端附近强电场的作用下,空气中残留的离子会发生激烈运动,在激烈运动的过程中它们和空气分子相碰时,会使空气分子电离。从而产生了大量新的离子,与尖端上电荷同号的离子受排斥而飞向远方,蜡烛火焰偏斜就是受到这种离子流形成的“电风”吹动的结果。 【新知导学】 1.空气的电离:在一定条件下,导体尖端电荷密度很大,导体尖端周围的强电场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,这种现象叫作空气的电离。 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,而与尖端上的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3.尖端放电的应用与防止 (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会减少电能的损失。 【典例精研】 [典例2](多选)(2025·开封高二检测)如图所示是闪电击中广州塔的画面,广州塔的尖端是一避雷针,雷雨天气,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,针尖感应出负电荷 B.云层靠近避雷针时,针尖感应出正电荷 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大 D.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 【解析】选B、C。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错误,B正确;由于电荷更容易集中到尖端,从而导致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正确、D错误。 【对点训练】 如图所示,在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔,高塔的功能最有可能是 (　　) A.探测发射台周围风力的大小 B.发射与航天器联系的电磁波 C.预防雷电击中待发射的火箭 D.测量火箭发射过程的速度和加速度 【解析】选C。在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔,其功能是预防雷电击中待发射的火箭,故选C。 学习任务三　静电屏蔽 【情境引领】 在如图所示的实验中,请思考下列问题。 问题.A、B、C中,验电器的金属箔片能张开吗?为什么? 提示:A中不会张开,金属网可以屏蔽外电场;B中会张开,因为金属网未接地,网内的带电体可以对外界产生影响;C中不会张开,因为金属网已接地,网内的带电体对网外无影响,网外的带电体对网内也无影响。 【新知导学】 1.定义:导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后,外电场对内部不会产生影响,金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2.实质:利用静电感应现象,使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为零。 3.应用:电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)打雷时,人待在汽车里要比待在木屋里安全。 (　　) (2)有线电视信号线外面有一层金属丝,是为了静电屏蔽,使信号不受干扰。 (　　) (3)静电屏蔽一定要用密封的金属容器,金属网不能起到屏蔽作用。 (　　) 提示:(1)√　(2)√　(3)× 超高压带电作业的工人穿戴的工作服,为什么要用包含金属丝的织物制成? 提示:因为超高压输电线周围存在很强的电场,带电作业的工人直接进入这样的强电场就会有生命危险,如果工人穿上包含金属丝的织物制成的工作服,就像一个金属网罩,可以起到静电屏蔽的作用,使输电线周围的电场被工作服屏蔽起来,工人就可以安全作业了。 【典例精研】 [典例3]如图所示,某同学把一不带电的验电器用金属网罩起来,用带正电的金属小球靠近金属网但不与网接触,则 (　　) A.验电器箔片张开 B.验电器和金属网之间场强不为零 C.用一根导线连接金属网的P、Q两点,导线中有电流通过 D.拿走金属网,验电器箔片张开 【解析】选D。不带电的验电器用金属网罩起来,金属网和金属网内的验电器处于静电屏蔽状态,验电器和金属网之间场强为零,带正电的金属小球靠近金属网时验电器箔片不张开,用一根导线连接金属网的P、Q两点,不会有电流通过,拿走金属网后,验电器箔片张开。故选D。 【归纳总结】 静电屏蔽的两种情况 类别 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电场强度为零,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导入大地,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 静电感应与静电平衡,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体 【对点训练】 (多选)如图所示,接地金属球壳的空腔内有一带电小球,现在球壳左侧放一带电小球A,下列说法正确的是 (　　) A.A球不影响球壳内的电场 B.由于静电屏蔽,球壳内没有电场 C.球壳内外表面均没有电荷 D.由于球壳接地,空腔内的电场对外部也没有影响 【解析】选A、D。由于金属球壳接地,对内外电场都有屏蔽作用,故A、D正确;球壳外表面没有电荷,因为空腔内有带电体,所以空腔内有电场,球壳内表面有感应电荷,故B、C错误。 学习任务四　静电吸附 【情境引领】 如图所示,油罐车尾部装有导电的拖地带。 问题.请解释其中的道理。 提示:油罐车在运输过程中,油与桶壁的摩擦、车身与空气的摩擦都会产生静电,导电拖地带的作用是及时地把静电导走,防止产生电火花而发生爆炸。 【新知导学】 1.静电吸附 在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后被吸附在电极上的现象。 2.静电除尘 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的过程。 3.静电喷漆 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,并沉积在工件表面。 4.静电复印 复印机应用了静电吸附,复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC),没有光照时,OPC是绝缘体,受到光照时变成导体。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)飞机上装有拖地线,是把静电导入大地。(　　) (2)在印刷厂中保持适当的温度,是为了防止静电的危害。 (　　) 提示:(1)√　(2)√ 利用你所学的知识解释为什么化纤衣服很容易吸附上灰尘。 提示:化纤衣服与人体摩擦,摩擦起电,使衣服带有了电荷,由于带电体能够吸引轻小物体,所以带电的衣服会将细小的灰尘吸附在它上面。 【典例精研】 [典例4](多选)(2025·南宁高二检测)如图所示为静电除尘器除尘原理的示意图。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负电荷 B.电场方向由放电极指向集尘极 C.某一带电尘埃向集尘极迁移过程中,电场力做负功 D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 【解析】选A、D。尘埃在静电力作用下向与电源正极相连的集尘极迁移并沉积,说明尘埃带负电,负电荷在电场中受静电力的方向与场强方向相反,则某一带电尘埃向集尘极迁移过程中,电场力做正功,故A正确,C错误;集尘极与电源正极相连,电场方向由集尘板指向放电极,故B错误;根据F=Eq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。 【对点训练】 (多选)静电的应用有多种,如静电除尘、静电喷漆、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.在喷枪喷嘴与被喷漆工件之间有一强电场 B.油漆微粒一定带正电 C.油漆微粒一定带负电 D.油漆微粒可以带正电,也可以带负电 【解析】选A、C。静电喷漆的原理就是让带电的油漆微粒在强电场的作用下被吸附到工件上,从而达到喷漆的目的,A正确;由题图知,待喷漆工件带正电,所以油漆微粒应带负电,C正确,B、D错误。 课堂小结 情境实践 答案:①零　②外表面　③静电感应 如图所示为一简易的静电除尘器,静电高压电源的负极与矿泉水瓶中的铜丝连接,正极连接铝片,充入烟尘,通电后烟尘在电场中通过某种机制带电,被吸附在了铝片上,达到除尘效果。烟尘在电场中带上的是正电还是负电?带电后,向铝片运动的过程中,电场力怎样变化? 课堂检测·自我诊断 1.关于静电平衡,下列说法正确的是 (　　) A.导体内部的电场强度处处为0 B.导体内的自由电子在发生定向移动 C.导体的外表面没有电荷 D.越尖锐的位置,电荷的密度越小 【解析】选A。处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零,故A正确;由于导体内部场强为零,则导体内没有定向移动的自由电子,故B错误;导体的外表面有电荷分布,故C错误;越尖锐的位置,电荷的密度越大,故D错误。 2.静电现象在自然界普遍存在,在生产生活中也时常会发生。人们可让静电服务于生产生活,但也需对其进行防护,做到趋利避害。下列关于静电现象的说法正确的是 (　　) A.静电除尘的原理是静电屏蔽 B.避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷稀疏、附近空间电场较弱的特点 C.为了安全,加油站工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 D.印刷车间的空气应保证适当潮湿,以便导走纸页间相互摩擦产生的静电 【解析】选D。静电除尘的原理是带电粒子受到电场力作用,故A错误;避雷针利用了带电导体凸起尖锐的地方电荷密集、附近空间电场较强的特点,故B错误;化纤服装容易摩擦起电,在加油站这种易燃易爆环境中,产生的静电可能引发危险,所以加油站工作人员不应穿化纤服装,而应穿不易产生静电的服装,故C错误;印刷车间里,纸张间摩擦产生大量静电,需空气保持一定湿度,以便及时导走静电,故D正确。 3.如图所示,高压静电防护服接地,O为防护服内的一点,把一带电量为Q的金属小球移动到距离O点的r处。金属小球可视为点电荷,静电力常量为k,取大地电势为0,下列说法正确的是 (　　) A.高压静电防护服应采用绝缘性能特别好的绝缘材料制作 B.感应电荷在O点处产生的场强大小等于k,方向由O指向金属小球 C.高压静电防护服外表面场强处处为零 D.高压静电防护服左侧外表面带负电,电势小于0 【解析】选B。高压静电防护服内部有用金属丝织成的金属网,金属导电性好,对外部电场能起到屏蔽作用,故A错误;由场强叠加原理可知E感=EQ=,感应电荷场强方向与金属小球产生的场强方向相反,由O指向金属小球,故B正确;高压静电防护服内部电场强度处处为零,电荷分布在外表面上,表面处的场强不等于0,故C错误;由于防护服接地,应为左侧外表面带负电,大地无限远处带正电(防护服与大地连成一无限大导体),所以右侧不带电,防护服与大地相连,所以防护服上各点电势为0,故D错误。 4.(多选)金属壳放在光滑的绝缘水平垫上,图中金属壳能起到屏蔽电荷产生电场作用的是 (　　) 【解析】选A、B、D。A中,由于金属壳发生静电感应,内部电场强度为零,金属壳起到屏蔽外电场的作用,选项A正确;B中,金属壳同大地连为一体,外壳起到屏蔽外电场的作用,选项B正确;C中电荷会引起金属壳内、外表面带电,外表面电荷会在壳外空间中产生电场,即金属壳起不到屏蔽作用,选项C错误;D中,将金属壳接地后,外表面不带电,壳外不产生电场,金属壳起到屏蔽内电场的作用,选项D正确。 - 13 - 学科网（北京）股份有限公司 $