9.4 静电的防止与利用(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（人教版）

本讲义聚焦静电的防止与利用，系统梳理静电平衡状态下导体特点、电荷分布规律，延伸至尖端放电成因及应用，再到静电屏蔽原理和静电吸附（除尘、喷漆、复印）的工作原理，构建从理论到应用的学习支架。 资料以生活实例（加油站静电释放器、避雷针）引入，通过思考题引导科学思维，结合例题解析（感应电荷电场强度计算）和规律总结强化物理观念。课中辅助教师讲解抽象概念，课后练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

4.静电的防止与利用 1.知道什么是静电平衡，掌握静电平衡状态下导体的特点。（物理观念） 2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。（科学思维） 3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。（物理观念） 知识点一　静电平衡　尖端放电 　　 　在加油站加油前，为什么必须用手要触摸一下静电释放器？ 提示：消除静电。 〔阅读教材P18—P19，完成下列填空〕 1.静电平衡 （1）静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现　感应电荷　的现象。 （2）静电平衡状态：导体两侧出现的感应电荷在导体内部产生的电场与外加电场的合电场强度为　0　，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 （3）处于静电平衡状态的导体，其　内部　的电场强度处处为0。 2.尖端放电 （1）空气的电离：导体尖端的电荷　密度　很大，周围的电场强度很大，使空气中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　分离　的现象。 （2）尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端上的电荷　中和　，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3.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　，减少电能的损失。 （1）处于静电平衡状态下的导体表面和内部的合电场强度均为零。（　×　） （2）静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。（　√　） （3）一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。（　×　） 如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题： （1）自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？ （2）自由电子能否一直定向移动？为什么？ 提示：（1）自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动。 （2）不能。感应电荷产生的电场与外加电场方向反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场的电场强度大小相等时，电子不再定向移动。 1.静电平衡状态下导体的特点 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为零。 （2）表面处的电场强度不为零，表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。 （3）金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 2.处于静电平衡状态的导体上的电荷分布特点 （1）净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。 （2）感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示。 （3）净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。 角度1　对静电平衡的理解 如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是（　D　） A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度 B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EB C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EB D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 解析：枕形导体在正点电荷附近，由于静电感应现象，电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电场，它与点电荷的电场叠加，达到静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C错误；当开关S闭合时，由于导体处在正电荷形成的电场中，电子从大地沿导线向导体移动，D正确。 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，带有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为（　　） A.QA＝1×10－8 C　QB＝1×10－8 C B.QA＝2×10－8 C　QB＝0 C.QA＝0　QB＝2×10－8 C D.QA＝4×10－8 C　QB＝－2×10－8 C 解析：B　B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部的电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×1 C－2×10－8 C＝2×10－8 C，B正确。 角度2　感应电荷产生的电场强度的计算 （2026·广西玉林期中）如图所示，原来不带电，长为l的导体棒水平放置，现将一个电荷量为＋q（q＞0）的点电荷放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，A、B分别为导体棒左右两端的一点，静电力常量为k。当棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（　D　） A.棒的两端都感应出负电荷 B.棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为E＝k C.棒上感应电荷在棒的中心O处产生的电场强度方向水平向右 D.导体棒内部没有净电荷 解析：由静电感应可知，棒左端感应出负电荷，右端感应出正电荷，故A错误。q在棒中心O处产生的电场方向向右，根据静电平衡条件可知，棒上感应电荷在棒中心O处产生的电场方向向左，二者电场强度大小相同；同理可知，棒上感应电荷在棒的中心轴线上距棒的右端处产生的电场强度大小为E＝，故B、C错误。在静电平衡状态下，导体棒内部没有电荷的定向移动，即导体棒内部没有净电荷，故D正确。 规律总结 感应电荷电场强度的求解方法 1.确定外电场的电场强度E外的大小和方向。 2.由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡的条件E合＝0。 3.由E外＋E感＝0，求出感应电场的电场强度E感的大小和方向。 角度3　尖端放电 〔多选〕如图所示，是闪电击中某塔的画面，塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，低端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，云层所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（　ACD　） A.云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 B.向针尖运动的负电荷受到的电场力越来越小 C.越靠近避雷针尖端，电场强度越大 D.向针尖运动的负电荷做加速运动 解析：根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，故A正确；据电场线的疏密可知，针尖的电场强度较大，所以向针尖运动的电荷受到的电场力越来越大，故B错误；由于电荷更容易集中到尖端，越靠近避雷针尖端电场强度越大，故C正确；负电荷在电场力的作用下向针尖运动，电场力做正功，速度增大，故D正确。 知识点二　静电屏蔽　静电吸附 　　 〔阅读教材P19—P21，完成下列填空〕 1.静电屏蔽 （1）定义：静电平衡时，导体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。 （2）应用 ①把电学仪器放在封闭的金属壳或金属网里。 ②野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压输电线屏蔽起来。 2.静电吸附 （1）静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。 （2）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，微粒飞向正极的工件，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。 （3）静电复印 ①核心部件：有机光导体鼓，有机光导体（OPC）在受到光照射时变成导体。 ②工作过程 【微思考】 　如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，这是什么原因？ 提示：金属鸟笼带电后，属于孤立导体的静电平衡问题。电荷都分布在鸟笼的外表面，鸟笼内部电场强度处处为零，笼内小鸟很安全。 A是带正电的物体，B是金属网，放在绝缘底垫上，C是原来不带电的验电器，下列各图能使验电器的金属箔张开的是（　C　） 解析：此题关键要清楚静电屏蔽的两种情况。达到静电平衡后，各图电荷分布情况大致如图所示。由于静电屏蔽，选项A中验电器的金属箔不能张开；选项B中金属网接地，但是金属网仍然处于静电平衡状态，故其内部电场强度处处为0；选项C中金属网外壳带正电，能使验电器的金属箔张开；选项D中金属网外部没有电场，因此C正确。 规律总结 静电屏蔽的两种情况 屏蔽外电场外屏蔽 屏蔽内电场全屏蔽或内屏蔽 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产生的电场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，导体球壳外表面的感应电荷被中和，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，做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则（　　） A.金属罩B的内表面带正电荷 B.金属罩B的右侧外表面带正电荷 C.验电器C的金属箔片将张开 D.金属罩B左、右两侧电荷电性相同 解析：B　金属罩B处于静电平衡状态，电荷分布在其外表面上，A错误；由于静电感应，使金属罩B在左侧外表面感应出负电荷，金属罩B的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电器C的金属箔片不会张开，C错误。 　静电除尘与静电喷涂 　　 1.静电除尘的原理是让灰尘带电，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到带有异种电荷的电极上。 2.静电喷漆的原理是让油漆带上电荷，然后在静电力的作用下，奔向并吸附到吸引油漆的工件上。 （2026·河南开封期末）静电除尘器的除尘原理如图所示，带负电的尘埃在静电力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列说法正确的是（　C　） A.电晕极和收尘极间的电场是典型的匀强电场 B.尘埃所受静电力的方向总与所处位置的电场强度方向相同 C.尘埃所带的电荷量可能为－8.0×10－17 C D.在同一位置，该点电场强度的大小与尘埃受到的静电力成正比 解析：由图可知，电晕极和收尘极间的电场不是匀强电场，靠近电晕极的电场较强，A错误；尘埃带负电，所受静电力的方向与电场方向相反，B错误；由于电荷量一定是元电荷的整数倍，又n＝＝＝500，C正确；电场中某位置的电场强度与电荷量和静电力的大小无关，D错误。 静电喷涂时，喷枪喷出的涂料微粒带电，在带有正电的被喷工件的静电力作用下，向被喷工件运动，最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中（　D　） A.涂料微粒带正电 B.离工件越近涂料微粒所受静电力越小 C.静电力对涂料微粒做负功 D.涂料微粒的动能增大 解析：由题图知，工件带正电，涂料微粒在静电力作用下向工件靠近，可知涂料微粒带负电，A错误；离工件越近，涂料微粒所受静电力越大，B错误；涂料微粒在静电力作用下向工件运动，则静电力对涂料微粒做正功，其动能增大，C错误，D正确。 　　 知识点一　静电平衡　尖端放电 1.（2026·河北邯郸期中）如图所示，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，点电荷到金属球球心的距离为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电场强度处处为零 C.若用导线连接球的左右两侧，球两侧都不带电 D.感应电荷在金属球球心处产生的电场的电场强度大小为E＝k 解析：D　金属球发生静电感应，靠近点电荷的一侧带异种电荷，远离的一侧带同种电荷，所以金属球的右侧感应出负电荷，左侧感应出正电荷，A错误；静电平衡的导体内部电场强度处处为零，所以是点电荷和感应电荷在金属球内产生的合电场强度为零，B错误；用导线连接球的左右两侧，由于静电感应现象，球依然左侧感应出正电荷，右侧感应出负电荷，C错误；静电平衡的导体内部电场强度处处为零，点电荷在球心处产生的电场强度大小为E1＝＝，所以感应电荷在金属球球心处产生的电场的电场强度大小也为E＝E1＝，方向与点电荷产生的电场强度方向相反，D正确。 2.（2026·江苏南京期末）在燃气灶上常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。电子点火器的放电电极应该做成（　　） A.针尖状 B.圆头状 C.方形 D.椭球形 解析：A　尖端电荷容易聚集，电子点火器需瞬间高压放电，需要有高电荷密度区。故安装的电子点火器往往把放电电极做成针尖状。故选A。 3.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.Ea＞Eb＞Ec＞Ed B.Ea＞Ec＞Ed＞Eb C.Ea＞Ec＝Ed＞Eb D.Ea＜Eb＜Ec＝Ed 解析：B　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所示，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，故选B。 知识点二　静电屏蔽　静电吸附 4.〔多选〕如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是（　　） A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破 B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽 C.电工穿上屏蔽服后，体内电场强度为零 D.电工穿上屏蔽服后，屏蔽服表面电场强度为零 解析：BC　屏蔽服的作用是使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害，导体内的电场强度为0，导体表面电场强度不为0。 5.（2026·黑龙江哈尔滨月考）如图是制作口罩的一种新颖的“静电”绝缘纤维布，熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的飞沫，这种静电的阻隔作用属于（　　） A.静电喷涂 B.静电吸附 C.静电感应 D.尖端放电 解析：B　带电物体能吸引轻小物体，带有病毒的飞沫靠近口罩的熔喷层后，会被吸附在表面无法通过，从而起到隔离病毒的作用，属于静电吸附，故选B。 6.下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是（　　） A.图甲中避雷针的工作原理主要是静电屏蔽 B.图乙中与大地相连的两条导线的作用和图丁中工作服内的金属丝的作用是相同的 C.图丙中的点火器是利用摩擦起电的原理进行点火的 D.图丙中的点火器的工作原理和图丁中工作服内掺入的金属丝的工作原理是相同的 解析：B　避雷针的工作原理主要是利用尖端放电避免雷击，故A错误；高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，与工作服内掺入的金属丝，都是利用了静电屏蔽的原理，故B正确；图丙中的点火器是利用高压尖端放电的原理，而工作服内掺入的金属丝，是利用了静电屏蔽的原理，故C、D错误。 7.一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场是图中的（　　） 解析：B　把正电荷放在金属球壳内部，由于静电感应的作用，在球壳的内壁会感应出负电荷，在球壳的外壁会感应出正电荷，由于正电荷的电场和感应电场的共同作用，在金属球壳的壳壁之间的电场强度为零，所以在金属球壳的壳壁之间没有电场，但球壳外部的电场分布情况不会受到影响，选项B正确，A、C、D错误。 8.（2026·河南周口期中）在水平向右且电场强度大小为E0的匀强电场中，放入一不带电的导体球，导体球在达到静电平衡后其周围的电场分布如图所示，以球心O为坐标原点建立直角坐标系，x轴平行于原匀强电场的方向。已知M、N为x轴上关于O点对称的两个点，两点电场强度分别为EM、EN，P、Q为y轴上关于O点对称的两个点，两点电场强度分别为EP、EQ，且有EN＞EO，EQ＜EO，下列选项正确的是（　　） A.EM＞EN B.EP＞EQ C.导体球上的感应电荷在M点产生的电场方向向左 D.导体球上的感应电荷在P点产生的电场方向向左 解析：D　根据对称性可知EM＝EN，EP＝EQ，EN＝EM＞EO，所以导体球上的感应电荷在M点产生的电场方向向右，因为EP＝EQ＜EO，所以导体球上的感应电荷在P点产生的电场方向向左。故选D。 9.〔多选〕如图所示，绝缘金属球壳的空腔内、外各有一小球B和A，球壳接地。下列说法正确的是（　　） A.若A球带电，则球壳内的B球处的电场强度为零 B.若B球带电，则A球处的电场强度不为零 C.若A球和B球均带电，则彼此不会相互影响 D.若A球和B球均带电，则由于球壳接地，A球对B球没有影响，但B球对A球有影响 解析：AC　若A球带电，则B球相当于放置在金属球壳内，B球处的电场强度为零，故A正确；若B球带电，则A球相当于放置在金属球壳和大地构成的导体球壳内，A球处的电场强度也为零，故B错误；由于球壳接地时对内外电场都有静电屏蔽作用，A、B两球彼此不会相互影响，故C正确，D错误。 10.〔多选〕如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极（接地）。下列说法正确的是（　　） A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功 解析：AB　尘埃通过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中静电力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功，故D错误。 11.如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为q1＝3.0×10－8 C和q2＝－2.4×10－8 C，彼此相距d＝6 cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳，求球壳上的感应电荷在中点O处产生的电场强度。 答案：5.4×105 N/C，方向由O指向A 解析：q1在O点产生的电场强度大小E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B；q2在O点产生的电场强度大小E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点的电场强度大小为E3，由静电平衡条件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $