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、尖端放电、静电屏蔽和静电吸附。通过温故知新环节，回顾初中摩擦起电、高中静电感应及电场等旧知，搭建新旧知识联系的学习支架，引导学生初步理解静电平衡特征及相关原理。 这份导学案的特色在于注重科学思维与科学态度的培养，通过自主探究任务、物理学史案例和生活应用分析，帮助学生建立物理观念。习题设计兼顾基础与应用，解析详细，助力学生深化概念理解，提升运用物理知识解决实际问题的能力。

9.4 静电的防止与利用 1.回顾9.3所学的电场、电场强度、电场线以及9.1所学的静电感应等基础内容，结合新课内容，初步认识静电平衡状态下导体的特征，理解尖端放电和静电屏蔽的原理。 2.阅读课本9.4的内容，自主探究"静电平衡""尖端放电""静电屏蔽""静电吸附"四个核心知识点的基础知识，并根据阅读内容填写本节预习任务。 1. 一、温故——回顾旧知 初中我们学过摩擦起电和电荷的知识，请回忆并填空： 1.当一个带电体靠近导体时，导体中的自由电荷会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带________电荷，远离的一端带________电荷，这种现象叫作________。 2.电场强度是描述电场________性质的物理量，方向规定为与________电荷在该点所受电场力的方向相同。 3.电场线的疏密表示场强的________，密处场强________，疏处场强________。 4.两个等量异种点电荷连线的中垂线上，电场强度的方向与中垂线________。 二、知新——预习新课 请阅读课本，完成以下填空： 知识点一 静电平衡 1.定义：导体在电场中发生______，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部场强______，自由电子不再定向移动的状态。 2.特征： ◎导体内部的电场强度______。 ◎导体表面附近的电场强度方向与表面______。 ◎导体是______（填 “等势体” 或 “非等势体”），表面是等势面。 3.电荷分布： ◎净电荷只分布在导体的______。 ◎导体表面越______的位置，电荷密度越大，周围场强越强。 知识点二 尖端放电 1.原理：导体尖端的电荷密度大，产生强电场使空气______ ，电离后的异种电荷与尖端电荷______，相当于导体从尖端失去电荷。 2.应用： ◎防止：高压设备表面尽量______，避免尖端放电损失能量。 ◎利用：______、燃气灶点火器。 知识点三 静电屏蔽 1.定义：处于静电平衡的导体壳（或金属网）内部场强______，不受外部电场影响的现象。 2.分类： ◎外屏蔽：金属壳屏蔽______电场对内部的影响。 ◎内屏蔽：金属壳接地后，屏蔽______电场对外部的影响。 应用：电子仪器外罩金属壳、通信电缆外包金属网、高压作业人员穿______。 知识点四 静电吸附 1.原理：带电粒子在电场中受______作用，向电极运动并被吸附。 2.应用： ◎______：使尘埃带电后被电极收集。 ◎静电喷漆：涂料微粒带电后向______的工件运动。 ◎静电复印：利用静电吸附墨粉并转印到纸上。 1.用塑料梳子梳头发时，有时听到“噼啪”声，这是因为( ) A.头发本身带电 B.梳子本身带电 C.梳子与头发摩擦产生了静电 D.与静电现象无关 2.下列现象中，能用“摩擦起电”解释的是( ) A.用带电体吸引碎纸屑 B.静电复印打印文件 C.冬天脱毛衣时产生电火花 D.静电除尘净化废气 3.静电现象在自然界中普遍存在，下列现象与静电现象无关的是( ) A.梳过头发的梳子吸起纸屑 B.磁铁吸引铁、钴、镍等物质 C.干燥天气，手碰到金属时感到被电了一下 D.冬天脱毛衣时，毛衣发出噼噼啪啪的响声 4.以下关于静电现象的说法中正确的是( ) A.干燥天气里脱毛衣时产生电火花，是因为摩擦创造出电荷 B.电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是提高衣服的耐穿性 C.印刷车间空气应尽量保持干燥，以便于导走纸页间相互摩擦产生的静电 D.油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电 5.下列应用与尖端放电现象无关的是( ) A.家用煤气灶和燃气热水器上安装的点火装置 B.高压设备中的导体表面尽量光滑，以减少高压设备上电能的损失 C.超高压输电线上带电作业的电力工人穿着含有金属丝织物的衣服 D.在高大建筑物屋顶安装一根尖锐的金属棒，用粗导线与接地装置连接以防止建筑物被雷击 答案以及解析 一、温故——回顾旧知 1.异种；同种；静电感应 2.力；正 3.大小；大；小 4.垂直 二、知新——预习新课 知识点一 静电平衡 1.静电感应；减为零2.处处为零；垂直；等势体3.外表面；尖锐 知识点二 尖端放电 1.电离；中和2.光滑；避雷针 知识点三 静电屏蔽 1.为零2.外部；内部3.屏蔽服 知识点四 静电吸附 1.电场力2.静电除尘；异种电荷 1.答案：C 解析:AB.物质都是由原子组成，原子核所带的正电与核外电子所带的负电是相等的，所以物体本身是不带电的.故AB错误; CD.用塑料梳子梳头发时，有时听到“噼啪”声，是由于梳子与头发摩擦产生了静电，与静电现象有关.故C正确，D错误 故选C。 2.答案：C 解析:摩擦起电是指两个物体相互摩擦时，由于电子的转移，使一个物体带正电、另一个带负电的现象。 A.该现象描述的是带电体对轻小物体的静电吸引作用，但带电体的电荷来源未明确，可能由摩擦起电或其他方式（如感应起电）产生，故A错误； B.静电复印利用静电成像原理（如光导鼓充电、曝光和显影），电荷产生通常通过电晕放电或外部电源，并非主要依赖摩擦起电机制，故B错误； C.该现象是由于衣物与身体或其他衣物摩擦时发生电子转移，产生静电荷积累；当电荷量足够大时，发生放电形成电火花。这直接由摩擦起电过程引起，故C正确； D.静电除尘利用高压电场使气体电离，颗粒物带电后被电极吸附，电荷来源是外部高压电源，而非摩擦起电，故D错误。 故选C。 3.答案：B 解析：A.梳子与头发摩擦会产生静电，吸起纸屑，是静电现象，A不符合题意； B、磁铁吸引铁、钴、镍等物质属于磁现象，不属于静电现象，B符合题意； C.干燥天气，手碰到金属把手时有被电击的感觉是由于摩擦会产生静电，是静电现象，C不符合题意； D.冬天脱毛衣时，毛衣发出噼噼啪啪的响声，是静电的放电现象， D 不符合题意。 故选B 4.答案：D 解析：A.干燥天气里脱毛衣时产生电火花，是因为摩擦使得电荷从一个物体转移到另一个物体，而不是创造出新的电荷，故A错误；B.电工高空高压作业时，其工作服内编织金属丝的目的是起到静电屏蔽的作用，使超高压输电线周围的电场被工作服屏蔽起来，对工人起到保护作用，故B错误；C.印刷车间的空气应保持湿润，以便于导走纸页间因相互摩擦而产生的静电，故C错误；D.油罐车车尾装有一条拖在地上的导电拖地带，作用是导走运输过程中油和油罐摩擦产生的静电，故D正确。故选D。 5.答案：C 解析：避雷针、家用煤气灶和燃气热水器上安装的点火装置及高压设备中导体表面尽量光滑，都与尖端放电有关；超高压输电线上带电作业的电力工人穿着含有金属丝织物的衣服是利用静电屏蔽，与尖端放电无关。故选C。 一、物理学史·从静电现象到静电技术的飞跃 人类对静电现象的认识可以追溯到古希腊时期——泰勒斯（Thales，约公元前600年）发现摩擦后的琥珀能吸引轻小物体。然而，静电技术的大规模应用却是近两百年的事。 富兰克林与避雷针 1752年，美国科学家本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）通过著名的"风筝实验"证明了闪电是一种放电现象。他随后发明了避雷针，这是人类历史上第一个真正意义上的静电防护装置。富兰克林建议将避雷针顶端做成尖的，正是利用了尖端放电的原理——尖端附近的强电场使空气电离，将云层中的电荷缓慢释放，避免剧烈的雷击。 法拉第笼 1836年，法拉第做了一个著名的实验：他用金属网罩住一个房间，然后在房间外用强大的静电发生器放电，结果房间内的验电器没有丝毫反应——外部电场被金属网完全屏蔽了。这就是"法拉第笼"（即静电屏蔽）的起源。法拉第笼的演示至今仍是科学博物馆最受欢迎的展项之一。 从危害到技术 在工业化早期，静电常常被视为麻烦和危害——印刷厂纸张粘连、油罐车起火爆炸、电子元件被击穿等。但随着人们对静电规律认识的深入，静电技术蓬勃发展：静电除尘大幅减少了工业烟尘排放；静电喷漆使涂层更加均匀、节省涂料；静电复印和激光打印成为现代办公不可或缺的技术。这些成果生动地体现了"认识自然、利用自然"的科学精神。 二、生活中的静电·防止与利用 案例1：油罐车的铁链 运输汽油等易燃液体的油罐车尾部都拖着一根铁链接触地面。这是因为油罐在运输过程中因轮胎与路面摩擦以及油液晃动摩擦会产生静电，铁链将静电导入大地，防止电荷积累引起火花爆炸。 案例2：医院手术室的防静电 手术室内许多设备（如麻醉机、监护仪）都会接地。地板采用防静电材料，医护人员穿着防静电鞋和导电纤维织成的手术服。这是因为麻醉气体（如乙醚）易燃，静电火花可能引发爆炸。 案例3：静电除尘 大型火力发电厂的烟囱中安装静电除尘器，通过高压电场使粉尘带电并吸附到集尘电极上，除尘效率可达99%以上。如果没有静电除尘技术，空气中的PM2.5、PM10等颗粒物浓度将大幅增加。 案例4：飞机上的静电 飞机在空中飞行时与空气摩擦会产生大量静电。飞机降落后，地勤人员会先用接地线接触飞机机身释放静电，然后乘客才能下机——否则触摸飞机舷梯时可能会被电击。 三、拓展思考（预习反思） 1.为什么避雷针要做成针尖状而不是圆球状？尖端放电的原理是什么？ 2.把一个带正电的金属球A放入一个不带电的金属球壳B内部但不接触，球壳B的内表面和外表面分别带什么电？如果将球壳B接地，会发生什么现象？ 3.为什么通信电缆（如网线、有线电视线）外面要包一层金属网状屏蔽层？这利用了静电屏蔽的哪一种类型？ 把预习中发现的问题记录一下吧 ... 学科网（北京）股份有限公司 $