9.4 静电的防止及利用（表格式教学设计）物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“静电的防止及利用”，涵盖静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附等核心知识点。课堂导入通过播放静电现象视频，结合加油站静电释放器问题，关联静电场对电荷作用的前序知识，搭建学习支架。 资料亮点在于融合核心素养，物理观念上建立“静电与场相互作用”认知，科学思维通过场叠加分析静电屏蔽本质，科学探究设计静电除尘实验。采用视频演示（如尖端放电、避雷针原理）和问题链驱动，助学生理论联系实际，提升应用能力，也为教师提供清晰教学路径，突出重难点。

第4节 静电的防止及利用 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 静电的防止及利用 教学 目标 物理观念 了解静电平衡的基本特点，能解释尖端放电、静电屏蔽、静电吸附的原理，建立“静电现象与场的相互作用”的物理观念。 科学思维 通过场的叠加分析静电屏蔽的本质，运用静电力作用模型解释静电吸附过程，提升逻辑推理与模型建构能力。 科学探究 能设计简单的静电除尘演示实验，观察并分析实验现象，培养实验设计与现象分析能力。 科学态度 与责任 体会静电技术在环保（静电除尘）、生产（静电喷漆）、安全（避雷针、静电释放器）中的价值，树立科学服务生活的意识，养成安全用电的习惯。 教学 重难点 1.静电防止（避雷针、静电屏蔽）与利用（静电除尘、喷漆、复印）的原理(重点)。 2.静电屏蔽的本质（外电场与感应电场的叠加抵消）、静电屏蔽两种情景（接地/不接地）的辨析(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：播放视频。 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？ 学生观看视频，思考问题。 新课讲授 一、静电平衡 教师：【议一议】把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中开始会发生什么现象？最终会怎么样？本质是什么？外电场能穿入导体内部吗？ 学生：通过前面所学知识，我们知道静电场会对电荷产生力的作用，在静电力的作用下导体中的自由电子便会定向移动，使导体两侧堆积出异种电荷，从而在导体内部产生一个与原电场方向相反的电场。 教师：很好！最终金属导体中，没有电荷定向移动的状态，这种状态叫静电平衡状态。 师生：归纳总结 静电平衡状态 1.导体内部各点的电场强度E＝0； 2.导体内的自由电子不再发生定向移动。 【议一议】如果此时外电场发生变化，又会如何？ 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、尖端放电 教师：播放视频。 结合视频介绍，说说静电平衡状态下电荷如何分布？ 学生：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。 教师：那么导体外表面的电荷是否均匀分布呢？ 学生：不一定均匀分布，可能与导体表面的形状有关。 教师：播放视频。 同学们看到了什么现象？实验现象能说明什么问题？ 学生：钢针产生了电火花。导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速运动，并撞击空气中的分子，使 它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。 教师：很好，阐述很清楚。 尖端放电：与导体尖端电荷相反的带电粒子，被吸到尖端上的与尖端电荷中和。 请结合教材，说说生活中有哪些尖端放电的应用？ 学生：避雷针。 教师：播放视频。 【议一议】 1.生活中哪里地方体现了尖端放电原理？ 2.雷雨天气在野外空旷的地方需要怎么做？为什么？ 3.雷雨天气为什么不能躲在大树下？ 4.雷雨天气能躲车里吗？为什么？ 教师：播放视频。 学生思考并回答问题。 新课讲授 三、静电屏蔽 教师：请大家思考如下问题： （1）挖去内部物质后，导体表面的电荷分布会受到影响吗？ （2）被挖空的部分电场强度有何特点？ （3）以上特点可以起到什么特殊的作用呢？ 学生1：导体在静电场中达到静电平衡后，其内部的场强处处为零，且没有净电荷。故挖去部分物质后并不影响导体表面的电荷分布。 学生2：既然电荷分布不受影响，则导体中挖成的空腔内部的电场仍然是外电场和导体表面感应电荷电场的合电场，这个合电场的电场强度仍然处处为零。 学生3：导体外的电场无法对空腔内的物体施加静电作用。 教师：我们把这种现象就叫作静电屏蔽现象，该现象的原理就是：静电平衡时，导体内部场强处处为零。 【议一议】 1.尝试解释为什么雷雨天里躲车里更安全？ 2.生活中还有哪些现象与静电屏蔽有关？ 3.如果导体不是封闭的，会有静电屏蔽吗？ 教师：播放视频。 教师：高压线又是如何防止被雷击？他们穿的衣服应该是什么材料最好？ 学生：高压线利用两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来。 工作员穿高压屏蔽服，高压屏蔽服是根据金属物体置于强电场中，其内部电场为零的原理制成的。它是用经纬布织均匀的柞蚕丝内包有金属丝（不锈钢或铜丝）的布料制成的，它像一个特殊的金属网罩，使作业时原本会流经人体的电流几乎全部从高压屏蔽服上流过，实现了对人身的保护。 【议一议】有何异同点？ 学生思考并回答问题。 新课讲授 四、静电吸附 教师：静电虽然会有危害，但也可以利用。在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。请同学们结合教材，说说生活中有哪些静电现象的应用？ 学生：1.静电吸附； 2.静电除尘； 3.静电喷漆； 4.静电复印； 教师：1.板式双区电除尘器：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。 2.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，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 3.静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体 。没有光照时，OPC 是绝缘体，受到光照时变成导体。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 【练习】长为l的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点O处产生的电场强度大小和方向（　　） A．kq/R2，向左 B．kq/R2，向右 C．kq/(R+l/2)2，向左 D．kq/(R+l/2)2，向右 【答案】C 【练习】实验小组的同学用金属罩、两个带正电的小球和铁架台做验证静电屏蔽的实验，下列四幅图像所表示的情景，可能在实验中出现的是（　　） 【答案】C 【练习】下列各图应用的物理原理和规律说法不正确的是（    ） A．图甲，燃气灶中电子点火器的放电电极做成钉尖形利用了静电的尖端放电 B．图乙，给车加油前，手要触摸一下静电释放器是为了消除人身上的静电 C．图丙，带电作业的工人穿戴的工作服中包含金属丝可以起到静电屏蔽作用 D．图丁，带电雷雨云接近建筑物时，安装在顶端的金属棒出现与云层相同的电荷 【答案】D 课 堂 小 结 板 书 设 计 第4节 静电的防止及利用 一、静电平衡 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(未被抵消的电荷)，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。 二、尖端放电 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，这个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。 三、静电屏蔽 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：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，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.航天器经过地球大气层时，与大气层高速摩擦产生高温，在航天器周围形成等离子体，对航天器产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与航天器的通信暂时中断。 4.电梯轿厢通常是用不锈钢做的，因此在封闭的电梯里手机通信中断，也是发生了静电屏蔽。 四、静电吸附 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：当空气中的尘埃带电时，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，并沉积在工件表面的过程。 4.静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课的学习重点——静电平衡状态及其特征。在学生已经对静电平衡的特征有了一定的理解之后，再通过演示尖端放电实验、动画演示避雷针工作原理、现场展示高压屏蔽服的工作场景、解剖通信电缆、列举一系列有关静电吸附现象的实例等不同形式的教学场景，增加学生的感性认识，拉近学生与科学的距离，进一步了解静电知识在生活和生产中的应用价值，并能用静电平衡知识解释生活和生产中与静电相关的现象。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $