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

该高中物理教学设计聚焦“静电的防止与利用”，围绕静电感应、静电平衡、尖端放电、静电屏蔽及静电吸附等核心知识点。通过脱毛衣电火花、车门电击等生活情境导入，引出静电感应，搭建生活现象与物理原理的学习支架。 资料特色在于以实验探究与科学思维为核心，通过尖端放电、法拉第笼等实验演示，结合小组讨论设计“消除静电”方案，培养学生科学探究与模型建构能力。多媒体动画辅助理解抽象电场，思维导图梳理知识脉络，助力学生建立完整物理观念，也为教师提供清晰教学流程与丰富实例。

《静电的防止与利用》教学设计 一、基本信息 1. 学科：高中物理 1. 教材版本：人教版高中物理必修第三册 1. 课时：1 课时（45 分钟） 1. 授课对象：高二年级学生 1. 课题：9.4 静电的防止与利用 二、学科素养目标 （一）物理观念 1. 理解静电感应、静电平衡的本质，建立 “导体内部合场强为零” 的电场观念；能区分尖端放电、静电屏蔽、静电吸附的物理原理，形成电荷、电场相互作用的完整认知。 1. 能运用静电相关知识解释生活脱衣放电、汽车电击、避雷针、静电除尘等现象，建立物理规律与生活实际的联系。 （二）科学思维 1. 通过分析导体在外电场中电荷移动过程，逻辑推导静电平衡的四大特点，锻炼模型建构与逻辑推理能力。 1. 对比尖端放电、静电屏蔽、静电吸附的原理差异，辩证分析静电 “危害需要防止、特性可以利用” 两面性，培养辩证思维。 1. 通过例题、情境辨析，建立电场模型解决实际问题，提升科学论证、归纳概括能力。 （三）科学探究 1. 观察尖端放电实验、法拉第笼静电屏蔽演示实验，观察实验现象并自主归纳实验结论，提升观察、现象分析能力。 1. 小组合作讨论生活静电实例，自主设计 “消除静电” 简易方案，体验从现象到原理、原理到应用的完整探究流程。 （四）科学态度与责任 1. 认识静电在生产生活中的利弊，树立趋利避害、利用物理技术服务生产的科学价值观。 1. 了解避雷针、高压屏蔽服、静电除尘设备对工业、人身安全的保护作用，体会物理技术保障生产安全、改善环境的社会价值；主动关注生活静电安全隐患，形成安全用电、规范操作的责任意识。 三、教学重难点 教学重点 1. 静电平衡的特点、尖端放电原理与应用； 1. 静电屏蔽两类情况（外屏蔽、接地内屏蔽）及生活应用； 1. 静电吸附的三类工业应用（除尘、喷漆、复印）。 教学难点 1. 静电平衡时导体内部场强为零的微观推导； 1. 接地金属壳的静电屏蔽规律，区分接地 / 不接地对内、外电场的屏蔽效果； 1. 区分静电现象的 “防止” 与 “利用”，灵活运用原理解释综合情境题。 四、教学准备 教师教具 感应起电机、尖端放电实验装置、法拉第笼演示器材、金属网屏蔽罩、多媒体课件（生活静电实拍图、动画、例题）、避雷针模型、高压屏蔽服实物图。 学生准备 预习课本静电感应、静电平衡基础内容；记录生活中遇到的静电现象。 五、教学过程（45 分钟） （一）情境导入：生活静电激趣（5 分钟） 教师活动 1. 展示课件图片：脱毛衣电火花、触碰车门电击的图片。 1. 提问引导：秋冬干燥季节大家都遇到过这些情况，为什么会出现电火花、刺痛感？头发为什么会炸开？ 1. 板书课题：9.4 静电的防止与利用，引出本节课核心：静电的产生规律、危害规避、技术利用。 师生互动 1. 学生自由发言：分享自己冬天脱衣、摸金属被电、梳子吸纸屑的亲身经历。 1. 教师追问：这些刺痛、电火花本质是什么？电荷在物体上会怎样分布？顺势过渡到静电感应知识点。 （二）新知探究一：静电感应与静电平衡（10 分钟） 1. 静电感应概念讲解 教师活动 动画演示：外电场中金属导体自由电子定向移动，导体两端出现正负感应电荷，给出定义：金属导体放入外电场，自由电荷定向移动，表面出现感应电荷的现象叫静电感应。 师生互动 师：导体内部自由电子为什么会移动？ 生：受到外电场的电场力。 师：电子移动后，导体两端出现感应电荷，感应电荷会产生新电场吗？和外电场方向相同还是相反？ 小组短暂讨论后作答：感应电荷产生反向附加电场。 2. 静电平衡过程推导 教师分步动画演示四阶段： ①自由电荷定向移动；②两端积累感应电荷；③感应电场抵消外电场；④内部合场强为 0，电荷停止移动，达到静电平衡。 师生互动 师：静电平衡的核心标志是什么？ 生：导体内部无电荷定向移动。 教师板书静电平衡两大核心特点，逐条提问巩固： 1. 静电平衡导体内部场强？（处处为 0） 1. 导体表面电场方向？（垂直导体表面） 1. 净电荷分布在哪里？（仅分布在外表面） （三）新知探究二：尖端放电（8 分钟） 1. 导体电荷分布规律 教师讲解：导体外表面曲率越大（越尖锐），电荷面密度越大，周围电场越强。 2. 尖端放电原理 + 实验演示 1. 演示感应起电机尖端放电实验，观察尖端淡蓝色电火花。 1. 拆解原理：强电场电离空气，异种电荷奔向尖端中和，等效导体尖端释放电荷，即尖端放电。 师生互动 师：实验中只有尖端出现电火花，光滑球体却没有，为什么？ 生：尖端曲率大，电荷密度大，电场更强，更容易电离空气。 3. 尖端放电的应用与防止 1. 应用：避雷针 展示避雷针实景图、结构示意图，师生互动问答： 师：避雷针为什么做成尖的？雷雨云层带电时，避雷针如何保护建筑？ 学生小组讨论后总结：尖端持续放电中和云层电荷，引导雷电导入大地，避免建筑物遭雷击。 1. 防止：高压设备光滑处理 展示高压变压器、高压输电塔图片，解释夜间高压线绿色电晕损耗电能。 师：高压设备外壳、导线为什么要打磨光滑，不能有尖锐凸起？ 生：避免尖端放电造成电能损耗，引发安全故障。 【例1】请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（　　） A. 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全 B. 制作汽油桶的材料用金属比用塑料好 C. 小鸟停在单根高压输电线上会被电死 D. 打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险 答案：B 【例2】多选）如图所示，在水平放置的光滑金属板中心正上方有一带正电的点电荷，另一表面绝缘、带正电的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）以初速度在金属板上自左向右自由运动，在运动过程中（　　） A．小球先做减速运动后做加速运动 B．小球做匀速直线运动 C．小球做变加速直线运动 D．小球受到的静电力对小球做功为零 答案：BD （四）新知探究三：静电屏蔽（10 分钟） 1. 静电屏蔽定义 教师讲解：空腔导体静电平衡时，壳内、腔内场强均为 0，金属壳隔绝内外电场的作用叫静电屏蔽，分两类：外屏蔽、接地内屏蔽。 2. 演示法拉第笼实验 展示法拉第笼实景图，提问：笼外高压放电，笼内人员完全安全，原因是什么？ 师生互动 学生结合静电平衡知识自主分析：金属笼静电平衡，内部场强为 0，外部电场无法进入笼内。 3. 两类屏蔽区分 + 应用讲解 1. 外屏蔽（不接地金属壳）：隔绝外部电场，内部不受干扰 应用：高压带电作业金属屏蔽服、仪器金属外壳、汽车雷雨天气避险。 展示屏蔽服实物图、高压作业工人图片，互动提问：电工穿金属网衣服而非绝缘衣，为什么更安全？ 学生作答：金属服形成静电屏蔽，人体内部场强为 0，隔绝高压电场。 1. 内屏蔽（金属壳接地）：隔绝内部电场，不影响外部 动画展示接地前后金属壳电场分布，师生互动：带正电小球放在接地金属壳内，外壳是否带电？ 学生结合课件例题得出结论：接地后外壁电荷导入大地，外部无电场。 1. 典型例题当堂训练（例 3） 【例3】（多选）如图所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则(　　) A．球壳内壁带负电 B．球壳外壁带正电 C．球壳外壁不带电 D．若将接地线去掉再移去正电荷，球壳外壁带负电 答案：ACD 金属球壳内壁接地，内部放入正电小球，选项辨析，学生独立作答后集体订正，教师梳理接地屏蔽核心规律。 （五）新知探究四：静电的利用 —— 静电吸附（7 分钟） 教师总述：静电不只有危害，利用带电粒子电场受力吸附特性，发展出三类工业技术。 1. 静电除尘 展示除尘装置示意图，师生互动：烟尘尘埃如何被吸附到电极？ 总结：尘埃电离带电，在电场力作用下吸附到极板，净化废气。 2. 静电喷漆 展示静电喷涂设备图片，提问：油漆雾滴为什么能均匀吸附工件？ 生：涂料雾化器带负高压，油漆微粒带负电，工件为正极，异种电荷相互吸引。 3. 静电复印 展示复印机与复印流程循环图，师生分步梳理流程：充电→曝光→显影→转印→放电，利用光敏导体静电吸附墨粉完成复印。 （六）课堂巩固 + 课堂小结（4 分钟） 1. 两道课堂练习题，学生独立完成，指名回答，教师针对易错点讲解： 练习1.如图所示，带正电小球 A 靠近不带电的金属导体 B ，由于静电感应导体 B 的左端出现负电荷，右端出现正电荷，下列说法，正确的是(　 　) A.用手摸一下B的左端，B将带正电 B.用手摸一下B的右端，B将带正电 C.用手摸一下B的中部，B将不带电 D.用手摸一下B的任何部分，B都将带负电 答案：D 练习2：将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的固定的金属空心球壳C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，如图所示，于是有( ) A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 答案：B 1. 师生共同梳理本节课思维导图： 静电平衡→尖端放电（避雷针 / 高压设备防护）→静电屏蔽（内外屏蔽 + 生活应用）→静电吸附（除尘、喷漆、复印），区分静电防止、静电利用两大板块。 （七）布置作业（1 分钟） 1. 书面作业：完成课件三道例题，整理静电屏蔽、尖端放电的应用实例； 1. 实践作业：回家寻找 3 个生活静电现象，分别说明是需要防止还是可以利用，写出对应的物理原理。 六、板书设计 9.4 静电的防止与利用 一、静电感应 & 静电平衡 1. 静电感应：外电场→自由电荷移动→感应电荷 1. 平衡特点：①内部 E=0 ②电荷仅在外表面 ③表面电场垂直表面 二、尖端放电 1. 规律：越尖→电荷密度越大→电场越强→空气电离 1. 应用：避雷针；防止：高压设备光滑处理 三、静电屏蔽 1. 外屏蔽（不接地）：外电场不影响内部（屏蔽服、汽车） 1. 内屏蔽（接地）：内部电场不影响外部（电缆铅皮） 四、静电吸附（利用） 静电除尘、静电喷漆、静电复印 五、静电的两面性：防止危害 + 开发利用 七、教学反思 （一）课堂亮点 1. 情境导入贴近学生日常生活，脱毛衣、车门电击等真实静电场景快速调动学生学习兴趣，学生主动分享生活经历，课堂参与度高，落实 “从生活走向物理” 的学科理念。 1. 实验演示支撑抽象电场知识，法拉第笼、尖端放电可视化实验，将看不见的电场、电荷移动转化为直观电火花、安全屏蔽现象，有效突破静电平衡、静电屏蔽两大教学难点，学生依靠实验现象自主推导规律，科学探究素养得到锻炼。 1. 分层师生互动设计，基础概念采用齐答、简单问答；重难点采用小组讨论、合作辨析；例题采用独立作答 + 集体订正，兼顾不同层次学生思维水平，课堂节奏松紧适宜。 （二）课堂存在不足 1. 静电平衡微观电荷移动过程仅依靠动画演示，缺少学生动手探究环节，部分抽象思维薄弱的学生无法快速理解 “内部合场强抵消至零” 的逻辑，课中例题出现少量概念混淆。 1. 两类静电屏蔽（接地 / 不接地）对比讲解时间略紧张，小组讨论时长不足，部分学生无法自主区分内外屏蔽适用场景，课后作业反映接地金属壳电荷分布易错。 1. 生活静电防止的拓展内容较少，仅简单提及高压设备，缺少工业、加油站防静电、塑料油桶危险等拓展案例，学生对 “静电危害防范” 认知不够全面。 （三）改进优化措施 1. 优化课时分配，压缩静电吸附知识点讲解时长，预留 3 分钟专门对比接地 / 不接地金属屏蔽模型，增加表格对比梳理两类屏蔽的电场、电荷、应用差异，配套简易示意图辅助记忆。 1. 补充静电危害拓展素材：加油站金属油桶、化纤衣物防静电、飞机静电释放装置实例，丰富 “静电防止” 板块内容，完善静电利弊完整知识体系。 1. 分层设计课后实践任务，基础任务：整理生活静电实例；提升任务：自主设计简易消除静电方案（如增加空气湿度、金属接地释放电荷），锻炼学生科学建模与解决实际问题的能力。 1 学科网（北京）股份有限公司 $