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

年级

高二年级

学科

物理

教师

课题

第4节 静电的防止与利用（人教版高中物理必修第三册第九章“静电场及其应用”）

教学
目标

物理
观念

知道静电平衡状态下导体的特征，知道导体表面越尖锐的位置电荷密度越大；能从电场与电荷相互作用的视角解释尖端放电、静电屏蔽等现象，深化运动与相互作用观念。

科学
思维

通过构建静电除尘、静电喷漆等实际问题的物理模型，体会从实际情境中抽象出物理模型的方法；通过对导体内部合场强的推理分析，发展科学推理与科学论证能力。

科学
探究

通过观察尖端放电、静电屏蔽等演示实验，经历“观察—猜想—验证—解释”的探究过程，提升证据意识与解释、交流能力。

科学态度
与责任

结合避雷针、静电除尘、芯片车间防静电等实例，认识物理知识在生产生活中的应用价值，增强防灾减灾意识和学以致用的社会责任感。

教学
重难点

重点：静电平衡状态下导体的特征；尖端放电、静电屏蔽的原理及应用；防止静电危害的常用方法。

难点：从电场叠加的角度理解导体尖锐处电荷密集、附近电场很强的原因；用静电屏蔽解释金属网罩内场强为零的现象。

教学过程

教师活动

学生活动

导入新课

教师：情境创设——2026年，我国某芯片制造企业的无尘车间里，工程师进入车间前必须先触摸门旁的金属静电释放球，还要穿上防静电服；而雷雨天气里，高楼顶上的避雷针默默守护着整座城市的安全。同样是“电”，为什么有的地方要严防，有的地方却巧用？

教师：演示实验：把感应起电机与一根带尖端的金属针相连，在针尖附近放一支点燃的蜡烛。摇动起电机，烛焰明显偏向一侧，仿佛被一阵“电风”吹动。

教师：提问：烛焰为什么会被“吹”偏？避雷针和静电释放球背后，藏着怎样的物理原理？

学生观察演示实验现象，联系冬季脱毛衣时的噼啪声、加油站自助加油前的静电释放器等生活经验，围绕“静电既能防也能用”提出自己的猜想。

新课讲授 一、静电平衡状态下导体的特征

学生用已学的

教师：复习提问：把不带电的导体放入电场中，导体内部的自由电子会怎样运动？

教师：讲解：自由电子在电场力作用下向一侧偏移，导体两端出现等量异种的感应电荷；感应电荷在导体内部产生的电场与外电场方向相反、相互削弱。当导体内部各处的合场强都等于零时，自由电子不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态。

教师：引导分析：静电平衡时，导体内部没有多余电荷，电荷只分布在导体的外表面；表面越尖锐的位置，电荷密度越大，凹陷的位置电荷几乎为零，如图1所示。

图1 静电平衡时导体表面电荷的分布

电场叠加思想推理静电平衡的条件，理解“合场强为零”的含义；观察实验并记录结论：电荷分布在导体外表面，尖端处最密集。

新课讲授 二、尖端放电与静电屏蔽

教师：讲解电离与尖端放电：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，空气中的带电粒子剧烈运动，与空气分子碰撞，使空气分子的正、负电荷分离，这就是空气的电离；与尖端电荷符号相反的粒子被吸引过来，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这就是尖端放电。

教师：结合图2分析避雷针的工作原理：雷雨云接近建筑物时，避雷针尖端感应出大量电荷并发生尖端放电，使云中的电荷被逐渐中和；即使发生雷击，雷电电荷也能沿接地导线尽快导入大地，从而保护建筑物。

图2 避雷针利用尖端放电避免雷击

学生观察烛焰偏转和验电器金属箔的变化，归纳尖端放电与静电屏蔽的条件；分组讨论“油罐车为什么要拖一条铁链”“高压作业服为什么要织入金属丝”，用本节知识解释。