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

该高中物理导学案围绕“静电的防止与利用”展开，核心知识点包括静电平衡状态及导体特点、电荷分布规律、尖端放电、静电屏蔽现象及静电吸附原理与应用。通过生活中脱衣放电、梳头飘发等现象导入，衔接电场与导体知识，以知识梳理和重、难点解析为支架帮助学生构建知识体系。 资料亮点在于重、难点解析中采用表格对比静电屏蔽两种情况并结合典例分析，助力学生建构物理模型，培养科学思维。当堂达标练习联系生活实例，强化相互作用观念，提升解决实际问题能力，体现科学态度与责任。

第4节 静电的防止与利用 学案 学习目标： 1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点。 2.知道导体上电荷的分布特点，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。 3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 知识梳理： 一、静电平衡 1.静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。 2.静电平衡状态 导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。 3.静电平衡状态下导体的特点 (1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。 (2)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。 4.导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 二、尖端放电 1.静电平衡时导体上电荷的分布：静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。 2.尖端放电：在一定条件下，导体尖端周围的强电场使空气电离，产生的所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷。 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.静电场中的空腔导体：带空腔的导体静电平衡时，内表面没有电荷，导体壳壁内的电场强度为0，即电场线只能在空腔之外，不会进入空腔之内。所以导体壳内空腔里的电场强度也处处为0。 2.静电屏蔽：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。金属网也能起到静电屏蔽作用。 四、静电吸附 1.静电吸附：在电场中，带电粒子在静电力作用下，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，向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的原理，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。 重、难点理解： 1　静电感应和静电平衡 1.静电平衡实质 (1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合电场强度减小，随着感应电荷的继续增加，合电场强度逐渐减小，直至合电场强度为零，自由电荷的定向移动停止。 (2)静电平衡的条件：导体内部的合电场强度为零，即E合＝0。 2.静电平衡状态的特点 (1)导体内部某处感应电荷产生的电场强度E′与周围原电场的电场强度E大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部处处合电场强度E合为零，但导体表面的电场强度不为零。 (2)电场线与导体表面垂直。 (3)净剩电荷都分布在导体的外表面，导体内部没有净电荷。 (4)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，远同近异，如图甲所示。 (5)净剩电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示。 典例1：如图所示，较厚的空腔导体中有一个正电荷，图中a、b、c、d各点的电场强度大小顺序为(　　) A.a＞b＞c＞d B.a＞c＞d＞b C.a＞c＝d＞b D.a＜b＜c＝d 答案　B解析　当静电平衡时，空腔球形导体内壁感应出负电荷，外表面感应出正电荷，画出电场线的分布如图： 由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线更疏，b处电场强度为零，则Ea＞Ec＞Ed＞Eb，故B正确，A、C、D错误。 2 静电屏蔽 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 典例2：如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则(　　) A.a、b两点的电场强度都为零 B.a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零 C.a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零 D.a、b两点的电场强度都不为零 答案　A解析　处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零，即Ea＝0；由于静电屏蔽，球内空腔的场强也为零，则Eb＝0，选项A正确。 3　尖端放电　静电吸附 典例3：在气候干燥的秋冬季节，人们常常会碰到这些现象：晚上脱衣时，常会听到噼啪的声响；早上起来梳头时，头发常会“飘”起来。这就是发生在我们日常生活中的静电现象。有一次，小明的手指靠近金属门把手时，突然有一种被电击的感觉。这是因为运动摩擦使身体带电，当手指靠近门把手时，二者之间形成的放电现象。若放电前，小明的手指带负电。有关金属门把手的两端被感应带电的情况，下列图中标示正确的是(　　) 答案　A解析　人的手指带负电，则由于静电感应，门把手中离手指较近的一端感应出正电，离手指较远的一端感应出负电，则图A是正确的。 当堂达标： 1.(静电平衡)如图所示，一个带负电的金属球放在绝缘的支架上，处于静电平衡状态，金属球内部的场强大小为E1，若减少金属球的带电荷量，再次处于静电平衡状态后，金属球内部的场强大小为E2，则(　　) A.E2＜E1 B.E2＞E1 C.E2＝E1 D.无法确定 2.下列说法错误的是(　　) A.高大建筑上的避雷针是利用尖端放电的原理 B.路上行驶的油罐车后方有一条拖地的铁链，作用是向外界散热 C.在高压环境下工作的电工都要穿静电防护服，是利用了静电屏蔽的原理 D.站在一根高压电线上的鸟不会触电，是因为两脚间电压太小，流过鸟身体的电流几乎为零 3.(多选)金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是(　　) 4.如图，为静电除尘器除尘机理的示意图。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正电荷 B.电场方向由放电极指向集尘极 C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大 参考答案： 1.答案　C解析　处于静电平衡状态的导体内部的场强处处为零，选项C正确。 2.答案　B解析　高大建筑上的避雷针就是利用尖端放电的原理，中和建筑物上的电荷，A正确；油罐车后方拖地的铁链是为了释放行驶过程中积累的电荷，不是向外界散热，B错误；在高压环境下工作的电工所穿的静电防护服，是利用了静电屏蔽的原理，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害，C正确；鸟落在单根导线上，因为两脚间距离很小，鸟两脚间的电压几乎为0，几乎没有电流流过身体，所以鸟是安全的，D正确。 3.答案　ABD解析　A图中，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图中，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图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图中，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。 4.答案　D解析　集尘极接电源的正极，尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电池的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受电场力的方向与电场方向相反，C错误；根据F＝qE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。 学科网（北京）股份有限公司 $