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性、静电屏蔽、尖端放电、静电吸附的原理与应用。通过情境问题（如金属导体在电场中的电子运动）和实验引导（如验电器屏蔽实验）作为学习支架，连接电场强度、电势等前序知识，帮助学生构建知识脉络。 这份导学案以“导学问题”驱动科学探究，如结合雷电现象分析避雷针原理，通过结构化“知识整理”帮助学生形成静电相关物理观念。例题与随堂练习紧密联系生活实际（如飞机除静电装置、静电除尘），培养学生科学态度与责任，习题设计注重科学推理，助力提升科学思维能力。

9.4 静电的防止与利用 [学习目标]　 1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。 2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。 3.了解静电吸附原理及其应用。 一、静电平衡 【导学】 1．如图所示，把一个不带电的金属导体放到电场强度为的水平向右的匀强电场中。 (1)金属导体内的自由电子会如何运动？导体两端的正负电荷产生电场吗？若产生电场，产生的电场方向是怎样的呢？ (2)导体内部的电场会发生什么变化？导体内部的自由电子还会继续移动吗？最终会出现什么现象？ 【知识整理】 2．静电平衡 (1)定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场的电场强度在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加电场强度为零时，自由电荷不再发生___________，导体达到静电平衡状态。 (2)处于静电平衡状态的导体的特点 ①导体内部的电场强度________________。 ②导体是一个等势体，导体表面是等势面。 ③导体表面处的电场强度方向与导体表面________。 ④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上。 ⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷。 【例题】 3．如图在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近（不相碰）。下列说法中正确的是（　　） A．B端的感应电荷越来越少 B．导体内场强越来越大 C．导体的感应电荷在M点产生的场强大于在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 二、尖端放电 【导学】 4．思考下列问题： （1）在一定气候条件下会产生雷电现象。雷电产生的原因是什么？ （2）避雷针一般装在建筑物的什么位置？为什么？ （3）避雷针为什么要有一根导线和大地相连？ （4）在有雷电的天气，人们能否在大树下躲避风雨？为什么？ 【知识整理】 5．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________，这种现象叫作空气的电离。 6．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。 7．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。 【例题】 8．如图所示，飞机机翼末端边缘有一条条像针一样的装置，此装置的作用是（     ） A．释放飞机表面的静电 B．保护飞行员，起到静电屏蔽作用 C．加强电磁通信信号，起到天线的作用 D．防止闪电击中飞机，起到避雷针的作用 9．北方冬天寒冷干燥，穿脱毛料衣物时，会使人身上带上静电。下列做法可以将人身上的静电转移走，并使人没有很强“电击感”的是（　　） A．用手背接触金属物体 B．用手背接触绝缘体 C．用指尖接触金属物体 D．用指尖接触绝缘体 三、静电屏蔽 【导学】 10．在如图所示的实验中，验电器的金属箔片能张开吗？为什么？ 【知识整理】 静电屏蔽 11．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。 12．实质：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________。 应用：（1）生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如：电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。 （2）静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属网，以此来保护高压输电线不受雷击。 四、静电吸附 【知识整理】 13．(1)静电 ①物体带电后，其周围会产生电场，电场中电势不同的两点间存在______。电压高到一定程度，就会击穿周围的空气而发生_________。 ②带电体的_______越好，电荷越容易积累，产生的电压就会越______。 (2)静电的利用 ①静电喷漆 设法使雾化的油漆液滴或固体涂料的细小颗粒飞离喷嘴时带上______电荷，在_______作用下飞向作为_______的工件，由于同种电荷的排斥作用，就能够比较均匀地沉积于工件表面。 ②静电除尘：烟尘中带有负电的颗粒在______的作用下吸附到桶壁上，在______的作用下落入漏斗中，达到除尘的目的。 ③激光打印：硒鼓转动时带上负电，被光照射的部分硒变成________，电荷被导走，硒鼓上留下带负电的“静电潜像”经过墨盒时吸引不带电的墨粉，带________电的打印纸受到硒鼓的滚压后“吸走”墨粉形成图像。 ④利用静电的其他应用：________、__________、________等。 【例题】 14．在科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的透明空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块金属片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机后，塑料瓶内清澈透明。已知锯条接起电机的负极，金属片接起电机的正极。摇动起电机时（　　） A．金属片附近的电场强度最大 B．烟尘会吸附到锯条上 C．烟尘会吸附到塑料瓶内壁上 D．空气被电离后形成的自由电子吸附到烟尘上 15．生产、生活中静电危害无处不在，以下不属于静电危害的是（　　） A．纸张印刷时摩擦带电，会使纸张吸附在一起 B．印染厂的染织物上带静电，会吸附空气中的尘埃 C．带电尘埃在静电力作用下，到达电极而被收集起来 D．制药厂里，制药生产中静电吸附尘埃影响药品纯度 【随堂练习】 16．关于下列各图应用的物理原理和规律说法正确的是（    ） A．图甲，带正电的物体C靠近金属导体，正电荷由A端转移到B端 B．图乙，给车加油前，手要触摸一下静电释放器是为了利用静电 C．图丙，带电作业的工人穿戴的工作服中包含金属丝起到静电屏蔽作用 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 17．关于教材中的四幅插图，下列说法正确的是（     ） A．图甲中，女生和金属球带异种电荷 B．图乙中，用扭秤实验探究电荷间相互作用规律时，应使金属小球A与C带同种电荷 C．图丙中，较高建筑物的顶端会安装尖锐的避雷针，是利用静电屏蔽原理 D．图丁中，两条优质话筒线外面包裹的金属网是为了防止漏电 18．针对下列四幅图的表述，说法正确的是（     ） A．如图甲所示，库仑用扭秤实验验证了库仑定律，运用了放大法 B．如图乙所示，尺子吸引轻小纸片是因为小纸片带电 C．如图丙所示，工人进行超高压带电作业，所穿戴的工作服是通过绝缘防护来避免触电的 D．如图丁所示，飞机机翼上有多条“尖针”装置，“尖针”通过静电屏蔽对飞机起保护作用 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．（1）导体中的自由电子在静电力的作用下向着与电场强度方向相反的方向发生定向移动，使导体左端带负电，右端带等量的正电荷，在导体内产生一个方向与电场强度方向相反的电场。 （2）两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子发生定向运动。当导体内部两个电场叠加的电场强度时，导体内的自由电子不再发生定向运动，导体达到静电平衡状态。 2．(1)定向移动 (2) 处处为零 垂直 3．C 【详解】A．绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近，导体上的电子与负电荷排斥力逐渐增大，电子向B端运动，故B端负电荷越来越多，故A错误； B．导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，故B错误； CD．导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，即感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共线，由可知带电小球在M点产生的场强大，故感应电荷在M点产生的场强也大，故C正确，D错误。 故选C。 4．（1）地面的热空气携带着大量的水气不断上升到天空，形成大块大块的积雨云。积雨云的不同部位聚集着正负两种电荷，这时地面因受到近地面积雨云中的电荷感应，也带上了与云底不同的电荷，我们知道，不同的电荷是会相互吸引的，但是空气的导电性能很差，它阻挡着正负两种电荷的会合，当云层里的电荷越聚越多，达到一定强度时，就会把阻挡它们会合的空气层击穿，打开一条狭窄的通道，强行会合，由于云中的电流很强，通道上的空气就会被烧得炽热，温度比太阳表面还要高好几倍，所以会发出耀眼的白光，这就是闪电。 （2）避雷针一般装在建筑物的顶端。为了保护建筑物等避免雷击，人们在建筑物上安装了避雷针。在高大建筑物顶端安装一根金属棒，用金属线与埋在地下的一块金属板连接起来，利用金属棒的尖端放电，使云层所积的电和地上的电逐渐中和，从而不会引发事故。 （3）避雷针要有一根导线和大地相连，用来导走多余的电荷。 （4）雷雨天气不能在大树下避雨，因为树比较高，而且树上带有水，树木就成了导体，容易将雷电引下来，人在树下避雨就可能会触电。 5． 密度 分离 6． 吸引 中和 失去电荷 7．光滑 8．A 【详解】飞机高速飞行时与空气摩擦会产生静电，机翼末端边缘有一条条像针一样的装置，此装置利用尖端放电的原理是释放飞机表面的静电； 故选A。 9．A 【详解】金属物体为导体，可转移静电，接触绝缘体无法转移静电，手背皮肤较厚，电阻较大，放电电流较小，指尖皮肤较薄，电阻较小，放电电流较大，电击感强。 故选A。 10．见解析 【详解】A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场； B中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响； C中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响。 11．不会 12． 静电感应 零 13．(1) 电势差 放电现象 绝缘性 高 (2) 负（或正） 电场力 电极 电场力 重力 导体 正 尖端放电 静电复印 静电屏蔽 14．D 【详解】A．瓶内俯视图如图。 尖端附近的电场线密集，所以在锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场，故A错误； BCD．根据俯视图可以看出塑料瓶内存在的是辐条形的电场，不是匀强电场，当静电除尘装置接通静电高压时，存在强电场，它使空气电离而产生阴离子和阳离子，负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，带电烟尘在电场力的作用下，向正极移动，烟尘最终被吸附到金属片上，这样消除了烟尘中的尘粒，故B错误，C错误，D正确。 故选D。 15．C 【详解】A．纸张印刷时，纸张之间摩擦起电，带电的纸张会相互吸附，导致纸张难以分开，影响印刷效率，属于静电危害，故A错误； B．印染厂的染织物上带静电，会吸附空气中的尘埃，导致织物变脏，影响产品质量，属于静电危害，故B错误； C．带电尘埃在静电力作用下，到达电极而被收集起来，这是静电除尘技术，属于静电在生活中的应用，不属于静电危害，故C正确； D．制药厂里，制药生产中静电吸附尘埃，会导致药品中混入杂质，影响药品纯度，属于静电危害，故D错误。 故选C。 16．C 【详解】A．图甲，带正电的物体C靠近金属导体，根据静电感应原理可知A端感应出负电荷，B端感应出正电荷，电子由B端转移到A端，故A错误； B．图乙，给车加油前，手要触摸一下静电释放器是为了防止静电，故B错误； C．图丙，带电作业的工人穿戴的工作服中包含金属丝起到静电屏蔽作用，故C正确； D．图丁，带电雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，则安装在顶端的金属棒出现与云层相反的电荷，故D错误。 故选C。 17．B 【详解】A．甲图中，女生接触带电的金属球时与带电的金属球带有同种电荷，故A错误； B．图乙中，用扭秤实验探究电荷间相互作用规律时，应使金属小球A与C带同种电荷，如果带异种电荷，两球可能在外部干扰下接触，使电荷量中和，导致两球电荷量发生变化。故B正确； C．图丙中，较高建筑物的顶端会安装尖锐的避雷针，其原理为尖端放电，故C错误； D．优质的话筒线外面包裹着金属网应用了静电屏蔽的原理，以防止外部信号对电缆内部电信号的干扰，不是防漏电，故D错误。 故选B。 18．A 【详解】A．如图甲所示，库仑用扭秤实验验证了库仑定律，运用了微小量放大法，A正确； B．如图乙所示，带电尺子吸引轻小纸片属于静电感应现象，小纸片原本不带电，并非自身带电，故B错误； C．如图丙所示，高压作业所穿的金属工作服利用的是静电屏蔽形成等势屏蔽层防护，并非依靠绝缘作用避免触电，故C错误； D．如图丁所示，飞机机翼上的“尖针”装置，是利用尖端放电原理，导走飞机表面因摩擦等产生的净电荷，避免电荷积累产生危害，故D错误。 故选A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $