9.4 静电的防止及利用（导学案）物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦“静电的防止及利用”，核心知识点涵盖静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附的原理及应用。通过“知识回顾”衔接前节电场强度等内容，结合“思考与讨论”设置问题链并融入视频观看，搭建新旧知识过渡的学习支架。 此导学案突出核心素养培养，以科学思维（场叠加分析静电屏蔽本质、模型建构解释吸附过程）和科学探究（设计静电除尘实验）为抓手，习题结合生活实例（避雷针、静电喷漆），强化物理观念与科学态度，助力学生自主学习，便于教师教学评估。

第4节 静电的防止及利用 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。 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)。 【知识回顾】 第3节 电场强度 一、电场　电场强度 1.电场 电荷之间通过电场相互作用。电场和磁场已被证明是一种客观存在。场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。 静止电荷产生的电场叫作静电场。它的基本性质是对放入电场的电荷有力的作用。 2.电场强度 (1)试探电荷与场源电荷 ①试探电荷：为了便于研究电场各点的性质而引入的电荷，是电荷量和体积都很小的点电荷。 ②场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷，也叫源电荷。 (2)电场强度 ①定义：放入电场中某点的试探电荷，所受的静电力与它的电荷量之比，叫作该点的电场强度。 ②定义式：E=(适用于一切电场)。 ③单位：牛每库，符号是N/C。 ④方向 规定：与正电荷在该点所受的静电力的方向相同；与负电荷在该点所受的静电力的方向相反。 ⑤电场强度反映了电场的力的性质，但与试探电荷受到的静电力大小无关。 ⑥电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷无关。 二、点电荷的电场 1.点电荷的电场强度 (1)表达式： E=k。 (2)适用条件：真空、静止、点电荷。 三、电场线 电场线的特点 (1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷。不是闭合曲线。 (2)电场线在电场中不相交，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。 (3)电场线的疏密可以用来比较各点电场强度的大小。电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏。 (4)电场线是为了形象描述电场而假想的曲线，实际不存在。 四、匀强电场 1.定义：如果电场中各点的电场强度大小相等、方向相同，这个电场就叫作匀强电场。 2.特点： (1)匀强电场的电场线是相互平行且等距的直线； (2)电场线的疏密程度相同，即电场线分布均匀。 【自主预习】 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。 思考与讨论1 一、静电平衡 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？ 答案 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。 思考与讨论2 二、尖端放电 1.说说静电平衡状态下电荷如何分布？ 答案 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.静电平衡状态下，导体外表面的电荷是否均匀分布呢？ 答案 不一定均匀分布，可能与导体表面的形状有关。 3.通过视频观看，同学们看到了什么现象？实验现象能说明什么问题？ 答案 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。 思考与讨论3 三、静电屏蔽 1.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？ 答案 （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。（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。（3）导体外的电场无法对空腔内的物体施加静电作用。 2.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？ 答案 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。 思考与讨论4 四、静电吸附 请同学们结合教材，说说生活中有哪些静电现象的应用？ 答案 1.静电吸附； 2.静电除尘； 3.静电喷漆； 4.静电复印； 【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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 静电的防止及利用 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。 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)。 【知识回顾】 第3节 电场强度 一、电场　电场强度 1.电场 电荷之间通过 相互作用。电场和磁场已被证明是一种客观存在。场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。 静止电荷产生的电场叫作 。它的基本性质是对放入电场的电荷有 的作用。 2.电场强度 (1)试探电荷与场源电荷 ①试探电荷：为了便于研究电场各点的性质而引入的电荷，是电荷量和体积都 的点电荷。 ②场源电荷： 的带电体所带的电荷，也叫源电荷。 (2)电场强度 ①定义：放入电场中某点的试探电荷，所受的 与它的 之比，叫作该点的电场强度。 ②定义式：E=(适用于一切电场)。 ③单位： ，符号是 。 ④方向 规定：与正电荷在该点所受的静电力的方向 ；与负电荷在该点所受的静电力的方向 。 ⑤电场强度反映了电场的力的性质，但与试探电荷受到的静电力大小 。 ⑥电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性(形成电场的电荷及空间位置)决定的，与是否放入试探电荷 。 二、点电荷的电场 1.点电荷的电场强度 (1)表达式： 。 (2)适用条件： 。 三、电场线 电场线的特点 (1)电场线从 出发，终止于 。不是闭合曲线。 (2)电场线在电场中 ，这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向。 (3)电场线的 可以用来比较各点电场强度的大小。电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏。 (4)电场线是为了形象描述电场而假想的曲线，实际不存在。 四、匀强电场 1.定义：如果电场中各点的电场强度 、 ，这个电场就叫作匀强电场。 2.特点： (1)匀强电场的电场线是相互 且 的直线； (2)电场线的疏密程度 ，即电场线分布 。 【自主预习】 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 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 ，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 没有净电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的 。 (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) ，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 。 二、尖端放电 1.空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷 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 ，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 ，而与尖端上的电荷 ，相当于导体从尖端 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 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 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 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 。 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 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 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 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 的原理。 思考与讨论1 一、静电平衡 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？ 思考与讨论2 二、尖端放电 1.说说静电平衡状态下电荷如何分布？ 2.静电平衡状态下，导体外表面的电荷是否均匀分布呢？ 3.通过视频观看，同学们看到了什么现象？实验现象能说明什么问题？ 思考与讨论3 三、静电屏蔽 1.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？ 2.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？ 思考与讨论4 四、静电吸附 请同学们结合教材，说说生活中有哪些静电现象的应用？ 【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 【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（　　） 【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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $