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

4. 静电的防止与利用 教学设计

人教版（2019）高中物理必修第三册 · 第九章第4节

一、教材分析

本节选自人教版（2019）高中物理必修第三册第九章《静电场及其应用》，是本章的收官之节，也是对电荷、库仑定律、电场 电场强度等前面所学知识的综合应用。教材从“在加油站给车加油前，为什么要先触摸一下静电释放器”这一真实问题切入，先建立静电平衡的概念，弄清导体处于静电平衡状态时电荷的分布特点，再以此为线索依次展开尖端放电、静电屏蔽与静电吸附三类典型现象，把抽象的电学知识与生产技术、生活经验串接起来。

本节不引入新的核心公式，重在“用已学的电场知识解释现象”，综合性强、情境多。教学中宜多用演示实验和实物图片，引导学生从电场强度、静电力的角度一步步推理，体会物理与科学、技术、社会、环境的联系。

课标要求：通过实验了解静电现象，了解生产生活中关于静电的利用与防护。

二、学情分析

经过前几节的学习，学生已经掌握电荷间的相互作用规律，能定性判断电场的强弱分布，具备一定的建模与推理能力。但作为本章的最后一节，本节要求学生把已学知识综合起来分析真实情境，仍有三个明显的困难：

（1）学生习惯于“记公式、算题”，而本节几乎没有新的计算，面对“为什么导体越尖锐的地方电荷密度越大”这类说理问题时，部分学生会感到无从下手；

（2）静电平衡的建立过程看不见、摸不着，学生对“导体内部场强处处为零”容易背结论而不理解它是如何动态达到的；

（3）学生的生活经验零散：见过避雷针，经历过冬天脱毛衣时的“噼啪”声，却很少把这些现象与静电平衡、尖端放电联系起来，需要教师帮助其搭建“现象—原理—应用”的完整链条。

三、教学目标（核心素养）

1. 物理观念

理解导体静电平衡的含义，知道静电平衡时导体内部场强处处为零、电荷只分布在导体外表面，且表面越尖锐处电荷密度越大；了解尖端放电、静电屏蔽现象，以及静电除尘、静电喷漆、静电复印等静电利用与防止的实例。

2. 科学思维

建构静电平衡、静电屏蔽等物理模型，能从电场叠加的角度推理电荷在导体表面的分布规律，提高科学推理与科学论证能力。

3. 科学探究

通过“隔空取电”分组实验和尖端放电演示实验，经历“观察现象—提出解释—验证推断”的探究过程，提高发现问题、获取证据、作出解释和交流讨论的能力。

4. 科学态度与责任

从静电的“利”与“害”两方面认识事物具有两面性，关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产生活的紧密联系，增强安全意识与社会责任感。

四、教学重难点

重点：理解静电平衡的概念及处于静电平衡状态的导体的特征。

难点：应用静电平衡知识解释导体表面尖锐处电荷密集、尖端放电和静电屏蔽等现象。

五、教学方法与教学准备

教学方法：实验演示、问题引导与小组合作探究相结合。以“隔空取电”和尖端放电两组实验为主线组织探究，穿插师生互评、组间交流等动态反馈，根据课堂生成及时调整教学节奏。

教学准备：器材清单见表1，另备学案与课后观察任务单。

器材	用途
感应起电机、金属针尖（缝衣针）、蜡烛、火柴	演示尖端放电与“电风”现象
两个枕形导体、绝缘支架、摩擦过的玻璃棒	“隔空取电”静电感应分组实验
验电器2只	检验导体是否带电
金属网罩	演示静电屏蔽
多媒体课件、情境图片与视频资料	展示加油站、避雷针、静电除尘器等情境

六、教学过程（45分钟）

（一）情境导入（5分钟）

【教师活动】出示加油站实景图片（图1），提问：自然界到处都有静电，穿衣、脱衣、走动都可能起电。为什么在加油站给车加油前，要先摸一摸图中的静电释放器？如果带着静电去操作加油枪，可能有什么后果？

图1　加油站的静电释放器

【学生活动】观察图片，联系冬天脱毛衣时“噼啪”作响的经历，思考、讨论并回答。

【教师引导】静电有其有利的一面，也有有害的一面。要弄清“为什么必须先释放静电”，就要先搞清楚电荷在导体上是怎么分布的。这就需要先学习本节的第一块基石——静电平衡。

设计意图：从真实的安全要求切入制造认知悬念，让学生带着问题进入新课。

（二）新知探究一：静电平衡（10分钟）

1. 回顾静电感应：把不带电的导体放入外电场中，导体内的自由电子在电场力作用下发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。

2. 学生活动——“隔空取电”分组实验：

实验步骤：

（1）把两个枕形导体A、B拼接在一起（接触良好），放在绝缘支架上，此时整体不带电；

（2）用摩擦过的玻璃棒靠近导体A端，但不接触；

（3）保持玻璃棒不动，先把A、B分开，再移走玻璃棒；

（4）分别用两只验电器检验A、B所带电荷。

实验现象：两只验电器的金属箔都张开，说明A、B分别带上了电荷；把A、B重新接触，金属箔再次闭合，电荷完全中和。

【追问】如果感应出的电荷有“通路”，它会怎样？——立刻中和。可见感应电荷“想回去”，只是暂时被“堵”在导体两端。

3. 归纳静电平衡：导体上没有电荷定向移动的状态叫静电平衡状态。感应电荷在导体内部产生的附加电场与外电场叠加，当两者大小相等、方向相反时，导体内部合场强为零，自由电子不再定向移动，静电平衡随即建立——这一过程极其迅速，几乎在瞬间完成。

4. 处于静电平衡状态的导体的特征（师生共同归纳）：

（1）导体内部场强处处为零；

（2）导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面；