9.4 静电的防止与利用 导学案 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦静电平衡、尖端放电、静电屏蔽及静电吸附等核心知识点，通过引导学生阅读课本结合图示，分析静电感应中自由电荷运动过程，逐步建立静电平衡概念，衔接电场知识，为后续应用学习提供支架。 以填空探究和实验操作为主线，结合避雷针、静电除尘等生活实例，训练题覆盖不同情境。通过模型建构理解静电平衡特征，科学推理分析电荷分布规律，实验“做一做”环节提升科学探究能力，助力学生形成物理观念，实现理论与实践结合。

静电的防止与利用教师版 教学目标 1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。 2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。 3.了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。 4.知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘、静电喷漆、静电复印等技术中的应用。 知识点一：静电平衡，阅读课本18页，完成填空 1.不带电的金属导体ABCD内有大量的自由电荷（自由电子），自由电荷不发生定向移动，如图甲所示； 2.把金属导体ABCD放到匀强电场E0中，如图乙所示； 3.自由电子受电场力F作用，发生定向移动，如图丙所示。 4.由于静电感应，在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生的电场强度E＇。E＇方向与外加电场E0方向①相反，如图丁所示。 5.外加电场E0和感应的正负电荷在导体内部产生的电场E＇②叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度③E=0为止，如图戊所示。 6.静电平衡状态：导体内的自由电荷④不发生定向移动的状态，叫作静电平衡状态。 处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度⑤处处为0。 知识点二：尖端放电，阅读课本18-19页，完成以下填空 1.静电平衡状态的特征： ①处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。整个导体是个等势体，导体的表面是个等势面。 ②静电平衡时，导体内部⑥没有净电荷，电荷只分布在导体的⑦外表面。 ③在导体外表面，⑧越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）⑨越大，周围的电场强度⑩越大。 2.尖端放电： ①空气的电离：导体尖端周围的强电场足以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⑪分离。 ②尖端放电现象：带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使空气分子进一步电离，产生更多的带电粒子。所带电荷与导体尖端的电荷符号⑫相反的粒子，由于被吸引而奔向⑬尖端，与尖端上的电荷⑭中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作⑮尖端放电。 3.尖端放电的应用与防止： ①应用：避雷针应用尖端放电原理；用来保护建筑物。 ②防止：⑯尖端放电会导致高压设备上电能的损失，高压设备中导体的表面⑰尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称⑱电晕，这是一种微弱的⑲放电现象。 知识点三：静电屏蔽，阅读课本19-20页，完成以下填空 1.静电屏蔽（如图所示） 静电屏蔽：处于静电平衡状态的导体内部⑳没有净电荷，净电荷只分布在导体的㉑外表面。导体壳壁内的电场强度㉒为0，其实是壳内外加电场和感应的正负电荷在导体内部产生的电场叠加，两种电场的矢量和为零。好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即电场线只能在空腔之外，不会进入空腔之内。金属壳的这种作用叫作㉓静电屏蔽。其实质就是利用静电感应现象。 2.做一做：如图①所示，使带正电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。 解析：使带正电的金属球靠近验电器，但不接触，验电器的金属箔片张开。产生这种现象的原因：由于静电感应，带正电的金属球会使验电器小球上感应出负电荷，而两金属箔片上会感应出正电荷，所以金属箔片会张开 如图②所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。如图所示。这个现象说明什么？ 若用金属网把验电器罩起来，验电器的金属箔片并不张开。这说明金属网能把外电场“挡住”，使罩内不受外电场的影响。 3.静电屏蔽的应用 （1）为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，外电场对壳内的仪器不会产生影响。 （2）野外高压输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。 知识点四：静电吸附，阅读课本21页，完成以下填空 1.静电吸附：在电场中，带电粒子受到㉔静电力作用，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㉕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㉖正极的工件运动，并沉积在工件表面，完成喷漆工作。 4.静电复印：复印机也应用了㉗静电吸附。复印机的核心部件是㉘有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体（OPC）。没有光照时，OPC是㉙绝缘体，受到光照时变成㉚导体。 五、自助餐基础训练题 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（　A　） 答案 A 解析 导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场的电场强度大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误。 2.下列做法中，属于预防静电危害的是（　D　） A.用静电吸附粉尘 B.用静电喷涂油漆 C.复印机对碳粉的静电吸附 D.运输汽油等易燃易爆物品的车辆拖条铁链在地上 答案 D 解析 用静电吸附粉尘、用静电喷涂油漆、复印机对碳粉的静电吸附等是静电的应用。汽车行驶时，油罐中的汽油随车的振动摩擦起电，如果不及时地将这些静电导走，一旦出现放电现象，就会发生爆炸事故。铁链使油罐表面与大地相连，使油罐罐体中的电荷不断被导走，这是预防静电的危害，故D正确，A、B、C错误。  3.一个带电的金属球，当它带的电荷量增加后（稳定），其内部的电场强度（　B） A.一定增强 B.不变 C.一定减弱 D.可能增强，也可能减弱 答案 B 解析 孤立带电金属球处于静电平衡状态，内部电场强度为0，电荷量增加，电场强度仍为0。 4.如图所示，将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧，由于静电感应，枕形导体的A、B两端分别出现“－”“+”感应电荷。则以下说法中正确的是（　B　） A.A端接一下地，导体将带正电荷 B.A端接一下地，导体将带负电荷 C.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相同 D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0 答案 B 解析 将枕形导体接地，则枕形导体带负电，故A项错误，B项正确；导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相反，故C项错误；小球Q和枕形导体的感应电荷在枕形导体内部的合电场强度为0，故D项错误。 5.如图所示，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球的球心距离为3r．达到静电平衡后，下列说法正确的是（D ） A.金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷 B.点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零 C.金属球最左侧表面的电势高于最右侧表面的电势 D.感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为E= 【答案】D 分析：金属球在点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，整个导体是一个等势体，在金属球内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，只有叠加后电场为零时，电荷才不会移动，由于静电平衡，金属球内部各点的合场强为零，即电荷Q和球面上感应电荷在球内部某点产生的场强大小相等，方向相反，最后依据真空中点电荷间的库仑定律才适用。 详解：静电感应导致金属球的电荷重新分布，左侧带正电荷，右侧带负电荷，故A错误。 金属球内各点的场强均为零，即感应电荷在金属球内某点激发的电场强度与点电荷在该点处产生的电场强度大小相等，方向相反，故B错误 由于静电感应，金属球的右侧带负电，左侧带正电，但金属球是等势体。故C错误； 感应电荷在金属球球心处产生的电场强度与+Q的点电荷在此处的电场强度大小相等，方向相反，合电场强度为零，因此感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为E=，故D正确。故选D 6.如图所示，在真空中把一个导体向带负电荷的小球慢慢靠近（不接触），下列说法正确的有（AC ） A.B端的感应电荷越来越多 B.导体内的电场强度越来越大 C.导体的感应电荷在M点产生的场强恒大于在N点产生的场强 D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等 [解析]导体向小球慢慢靠近，导体中电荷受到外电场的作用力，使电荷不断定向移动，故B端的感应电荷越来越多，A正确； 导体内场强始终为零，B错误； 因M点距离带电小球较近，根据感应电荷产生的场强与小球产生的场强叠加为零可知，感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强，C正确，D错误。 7.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验电器，则下列说法正确的是（B ） A.箔片张开 B.箔片不张开 C.金属球带电荷量足够大时才会张开 D.金属网罩内部电场强度不为零 【解析】根据静电平衡知识可知，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，金属网产生的感应电场和带电金属球的电场叠加，使金属网处于静电平衡状态，内部的合场强为零，箔片不张开，故B正确，A、C、D错误。 8.如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是（ ABD ） A.导体空腔内任意点的场强 B.导体空腔内任意点的电势 C.导体外表面的电荷量 D.导体空腔内表面的电荷量 9.如图所示，A是带正电的球，B为不带电的导体，A、B均放在绝缘支架上，M、N是导体B中的两点。以无限远处为电势零点，当导体B达到静电平衡后，下列说法正确的是（AD ） A.M、N两点电场强度大小的关系为EM=EN=0 B.M、N两点电势高低的关系为φM>φN C.M、N两点电势高低的关系为φM>φN>0 D.感应电荷在M、N两点产生的电场强度为EM＇>EN＇ 10.如图所示，将原来不带电的绝缘导体AB，置于带正电的点电荷C所形成的电场中，规定大地或无穷远处的电势为零，则有（D ） A.绝缘导体上A、B两点的电势相等，且都为负值 B.绝缘导体上A点的电势高于B点的电势，且都为正值 C.如果用手指瞬间接触导体AB后再把C移走，则导体AB带上正电荷 D.绝缘导体上的感应电荷在导体内部一点D产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小 学科网（北京）股份有限公司 $ 静电的防止与利用学生版 教学目标 1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。 2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。 3.了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。 4.知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘、静电喷漆、静电复印等技术中的应用。 知识点一：静电平衡，阅读课本18页，完成填空 1.不带电的金属导体ABCD内有大量的自由电荷（自由电子），自由电荷不发生定向移动，如图甲所示； 2.把金属导体ABCD放到匀强电场E0中，如图乙所示； 3.自由电子受电场力F作用，发生定向移动，如图丙所示。 / 4.由于静电感应，在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生的电场强度E＇。E＇方向与外加电场E0方向① ，如图丁所示。 5.外加电场E0和感应的正负电荷在导体内部产生的电场E＇② ，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度③ 为止，如图戊所示。 6.静电平衡状态：导体内的自由电荷④ 的状态，叫作静电平衡状态。 处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度⑤ 。 知识点二：尖端放电，阅读课本18-19页，完成以下填空 1.静电平衡状态的特征： ①处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。整个导体是个等势体，导体的表面是个等势面。 ②静电平衡时，导体内部⑥ 净电荷，电荷只分布在导体的⑦ 。 ③在导体外表面，⑧ 的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）⑨ ，周围的电场强度⑩ 。 2.尖端放电： ①空气的电离：导体尖端周围的强电场足以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⑪ 。 ②尖端放电现象：带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使空气分子进一步电离，产生更多的带电粒子。所带电荷与导体尖端的电荷符号⑫ 的粒子，由于被吸引而奔向⑬ ，与尖端上的电荷⑭ ，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作⑮ 。 3.尖端放电的应用与防止： ①应用：避雷针应用尖端放电原理；用来保护建筑物。 ②防止：⑯ 会导致高压设备上电能的损失，高压设备中导体的表面⑰ 。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称⑱ ，这是一种微弱的⑲ 现象。 知识点三：静电屏蔽，阅读课本19-20页，完成以下填空 1.静电屏蔽（如图所示） 静电屏蔽：处于静电平衡状态的导体内部⑳ ，净电荷只分布在导体的㉑ 。导体壳壁内的电场强度㉒ ，其实是壳内外加电场和感应的正负电荷在导体内部产生的电场叠加，两种电场的矢量和为零。好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即电场线只能在空腔之外，不会进入空腔之内。金属壳的这种作用叫作㉓ 。其实质就是利用静电感应现象。 2.做一做：如图①所示，使带正电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。 如图②所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。如图所示。这个现象说明什么？ 3.静电屏蔽的应用 （1）为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，外电场对壳内的仪器不会产生影响。 （2）野外高压输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。 知识点四：静电吸附，阅读课本21页，完成以下填空 1.静电吸附：在电场中，带电粒子受到㉔ 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㉕ 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㉖ 的工件运动，并沉积在工件表面，完成喷漆工作。 4.静电复印：复印机也应用了㉗ 。复印机的核心部件是㉘ ，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体（OPC）。没有光照时，OPC是㉙ ，受到光照时变成㉚ 。 五、自助餐基础训练题 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（　　） 2.下列做法中，属于预防静电危害的是（　　） A.用静电吸附粉尘 B.用静电喷涂油漆 C.复印机对碳粉的静电吸附 D.运输汽油等易燃易爆物品的车辆拖条铁链在地上 3.一个带电的金属球，当它带的电荷量增加后（稳定），其内部的电场强度（　） A.一定增强 B.不变 C.一定减弱 D.可能增强，也可能减弱 4.如图所示，将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧，由于静电感应，枕形导体的A、B两端分别出现“－”“+”感应电荷。则以下说法中正确的是（　　） A.A端接一下地，导体将带正电荷 B.A端接一下地，导体将带负电荷 C.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相同 D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0 5.如图所示，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球的球心距离为3r．达到静电平衡后，下列说法正确的是（ ） A.金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷 B.点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零 C.金属球最左侧表面的电势高于最右侧表面的电势 D.感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为E= 6.如图所示，在真空中把一个导体向带负电荷的小球慢慢靠近（不接触），下列说法正确的有（ ） A.B端的感应电荷越来越多 B.导体内的电场强度越来越大 C.导体的感应电荷在M点产生的场强恒大于在N点产生的场强 D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等 7.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验电器，则下列说法正确的是（ ） A.箔片张开 B.箔片不张开 C.金属球带电荷量足够大时才会张开 D.金属网罩内部电场强度不为零 8.如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是（ ） A.导体空腔内任意点的场强 B.导体空腔内任意点的电势 C.导体外表面的电荷量 D.导体空腔内表面的电荷量 9.如图所示，A是带正电的球，B为不带电的导体，A、B均放在绝缘支架上，M、N是导体B中的两点。以无限远处为电势零点，当导体B达到静电平衡后，下列说法正确的是（ ） A.M、N两点电场强度大小的关系为EM=EN=0 B.M、N两点电势高低的关系为φM>φN C.M、N两点电势高低的关系为φM>φN>0 D.感应电荷在M、N两点产生的电场强度为EM＇>EN＇ 10.如图所示，将原来不带电的绝缘导体AB，置于带正电的点电荷C所形成的电场中，规定大地或无穷远处的电势为零，则有（ ） A.绝缘导体上A、B两点的电势相等，且都为负值 B.绝缘导体上A点的电势高于B点的电势，且都为正值 C.如果用手指瞬间接触导体AB后再把C移走，则导体AB带上正电荷 D.绝缘导体上的感应电荷在导体内部一点D产生的场强大小等于点电荷C在D点产生场强的大小 学科网（北京）股份有限公司 $