静电的防止与利用教案学案教学设计-高二年级上册物理人教版（2019）必修第三册

静电的防止与利用教案学案教学设计

【教材分析】

本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第9章第4节的内容，本节的主要概念是静电平衡，掌握静电

平衡的概念，理解静电平衡的特征是本节的重点。应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放

电现象、静电屏蔽现象是本节的难点。做好演示实验是这堂课的关键。

金属导体放在电场中，达到静电平衡状态是一个非常快的过程，但是对这一过程的分析却十分重要。一定

要带领学生共同参与讨论这一过程，使他们明白自由电荷不再定向移动的条件。这样做不仅突出了重点，

也为突破难点打下基础。

带电导体的电荷分布的两个特点对于学生来说是十分深奥的问题，必须通过实验才能加深认识。静电屏蔽

现象以及静电屏蔽的应用都必须做好演示实验。

【教学目标与核心素养】

1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件。

2.掌握静电平衡状态下的导体特点。

3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用。

物理观念：通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程。

科学思维：掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程。

科学探究：通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的

导体的特征。

科学态度与责任：经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度。

【教学重难点】

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。（重点）

2、知道什么是静电屏蔽及其有关应用。（重点）

3、知道导体上电荷的分布规律。（难点）

1

【自主学习】

一、静电平衡状态下导体的特点

1、导体电势特点

A、处于静电平衡状态下的导体，内部的场强。

B、处于静电平衡状态的整个导体是,它的表面是o

C、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。

2、导体电荷分布特点

A、导体内部,其电荷只分布在__________,凹陷的地方几乎没有电荷。

B、在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度越大，外部场强也越强

二、静电屏蔽

1、理解：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。因此，可利用金属外壳或金属网封闭某一区

域不在受外界电场的影响，这一现象称静电屏蔽。

2、两种情况：

①金属内部空间对壳外部电场影响。

②接地的封闭导体壳（或金属网）内部电场对壳外空间影响。

【教学过程】

（一）新课导入

（二）新课讲解

1、静电平衡

【教师引导】在图中，导体中的自由电子怎么定向移动？积聚在什么地方？电子的积聚出现怎样的结果？

最终会出现怎样的现象？

2

4rx

-+

NO+

仝-+

a-+

-+

BDD-B\D

导体中的自由电子沿电场练的反方向移动；电子会积聚在导体左侧；电子的积聚使导体左、右两侧出现

等量异种电荷，使导体内部产生与E。方向相反的电场E’,使导体内部的电场强度削弱；当七。与E.大小

相等时，导体内部的合电场强度£=o,最终导体中的自由电子不再定向移动。

【小结】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：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。

【教师补充】静电平衡的实质

（1）在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应

电荷的电场和外电场方向相反，使合电场强度减小，随着感应电荷的继续增加，合电场强度逐渐减小，直

至合电场强度为0,自由电荷的定向移动停止。

（2）静电平衡的特点：导体内部的合电场强度处处为0,即4二°。

2、尖端放电

【教师引导】观察课件上的尖端放电现象。导体尖端附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是

尖端放电。再导体尖端附近放一根点燃的蜡烛。当我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样

朝背离尖端的方向偏移。这就是尖端放电引起的后果。

【教师补充】因为在尖端附近强电场的作用下空气中残留的离子会发生激烈的运动。在激烈的运动过程中

它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离，从而产生大量新的离子，这就使空气边得易于导电。与尖端

上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方，蜡烛的火焰偏移就是受到这种离子形成的“电风”吹动的结果。

（教师提问】如何理解导体尖端附近的电场很强?

回答：因为电场线从正电荷出发终止于负电荷，所以电荷密度大的地方电场线必定密集，尖端附近电场线

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密集，则其附近电场强度大。

【教师总结】1、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的电荷中

和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。

2、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光滑，减少电能的损失。

3、静电屏蔽

【教师引导】使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？用金属网把验电器罩起来，再使带

电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。

母电屏蔽

【教师补充引导】静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和

为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为

零。

【教师总结】静电屏蔽的两种情况

4

X导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部

图示

因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接

实现过

应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内

程

衡状态，起到屏蔽外电场的作用电场的作用

最终结

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

论

静电屏蔽是激发电场与感应电场叠加的结果，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝

本质

缘体

4、静电吸附

【教师总结】I.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，这些微粒向着作为正极

的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。

3.静电复印的工作过程:

（1）充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。

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（2）曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。

（3）显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。

（4）转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接

触，将带负电的墨粉吸附在白纸上.

（5）放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。

（三）典例分析

（四）课堂练习

（五）课堂小结

【板书设计】

9.4静电的防止与利用

一、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：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。

3.导体内部电场强度特点：内部电场强度处处为0。

二、尖端放电

1.电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分

子被撞"散’’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的电荷中和，相当于导体

从尖端失去电荷的现象。

3.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光滑，减少电能的损失。

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三、静电屏蔽

1.静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。

2.静电屏蔽的应用

(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。

(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。

四、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，这些微粒向着作为正极

的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。

3.静电复印的工作过程：

(1)充电

(2)曝光

(3)显影

(4)转印

(5)放电

【课后作业】

【巩固练习】

1.如图所示，A、8为相互接触的用绝缘支架支撑的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔

片，C是带正电的小球，下列说法正确的是()

CnU比："一L

A.把。移近导体A时，48上的金属箔片都张开

7

B.把C移近导体A后，先把A、8分开，然后移去C,A、B上的金属箔片仍张开

C.把C移近导体A后，先把C移走，再把43分开，A8上的金属箔片仍张开

D.把C移近导体A后，先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，B上

的金属箔片闭合

2.先让验电器带上较少的负电荷，然后用绸布摩擦玻璃棒，玻璃棒带上较多的正电荷。现将玻璃棒从远处逐

渐靠近验电器的金属球，但不接触，则可看到验电器的两箔片（）

A.合拢B.张角变得更大

C.先合拢后又张开D.先张开更大角度后又合拢

3.有4B、C三个完全相同的金属球，A带1.2x10-8c的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它

们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是（）

A.4.0X10-9C,4.0X10-9C,4.0xlO-9CB.6.0xl0-9C,4.0xl0-9C,4.0x10-9c

C.6.0xl0-9C,3.0xl0-9c,3.0xIO_9CD.5.0xl0-9C,5.0xl0^C,5.0xl0-9C

4.将不带电的导体A和带有负电荷。的导体B接触后，导体A所带的电荷量的情况为（）

A.无法确定B.带电荷量为C.带电荷量为+QD.带电荷量为-乌

5.不带电的金属导体P与带正电的金属导体。接触之后也带正电，原因是（）

A.P有部分电子转移到。上B.Q有部分电子转移到P上

C.P有部分正电荷转移到。上D.Q有部分正电荷转移到P上

6.如图所示，在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟感

应圈的两放电柱相连。开始，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出。当感应圈电源接通时,

玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到不再有烟从玻璃管中冒出来了。过一会儿还

可以看到管壁吸附了一层烟尘，这是因为（）

8

A.烟尘在高压电场作用下带上了负电

B.烟尘在高压电场作用下带上了正电

C.带负电的烟尘吸附在管壁上，因此看不到有烟冒出

D.带正电的烟尘吸附在直导线上，因此看不到有烟冒出

7•一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图所示，金属球上感应电荷

产生的电场在球内直径上以b、c三点的电场强度大小分别为与、耳、E,,三者相比，则（）

A.E“最大B.B,最大C.E,最大D.E„=Eh=Ec

8.请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（）

A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好

C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死D.打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险

9.如图所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则下面关于验电器箔片的说法正确的

A.箔片张开

B.箔片不张开

9

C.带电金属球的电荷量足够大时箔片才会张开

D.箔片张开的原因是金属网感应带电产生电场

10.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板”、N间有两个等高的金属体A、B,A为尖头、5为圆

头。将金属板/、N接在高压电源上，逐渐升高电源电压，将首先观察到（）

A.A放电B.B放电C.A、8一起放电D.A、3之间放电

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巩固练习参考答案

1.答案：AB

解析：把带正电的小球C移近A时，因静电感应，使A、8中的自由电子向左移动，使得A上积累了负电

荷，8上积累了正电荷，它们下部的金属箔片也分别带上了与48同种性质的电荷。由于同种电荷间的

斥力作用，所以金属箔片都张开，选项A正确。C靠近后保持不动，把A、3分开，A3上的电荷因静电

感应不可能中和，因而43仍带等量的异种感应电荷，此时再移走C,因A8已经分开，所带电荷量不

会变，金属箔片仍张开，选项B正确。把C移近导体A后先移走C,A、8上的感应电荷会中和，不再带

电，所以金属箔片都不会张开，选项C错误。把C移近导体A后先把4、8分开，再移走C,然后重新让

A3接触，48所带的异种电荷马上中和，金属箔片都不会张开，选项D错误。

2.答案：C

解析：带较多正电荷的玻璃棒从远处逐渐靠近验电器的金属球的过程中，发生静电感应，验电器两箔片上

的负电荷逐渐向金属球移动，两箔片张角逐渐减小，两箔片恰好不带负电时合拢，玻璃棒继续靠近金属

球，两箔片上的电子继续向金属球移动，两箔片因缺少电子而带上正电荷且电荷量逐渐增加，两箔片张角

逐渐增大，只有选项C正确。

3.答案：AC

解析：若三个球同时接触，则每球各分得总电荷量的1/3,所以A正确；BD选项中三个球所带电荷量的总

和大于原来A球的电荷量，不符合电荷守恒定律，所以BD错误；设第一次两球接触，如4B接触，

A3各带电荷量6.0xl0-9c,第二次3与C接触后各带电荷量3.0x10-9(3,所以C正确。

4.答案：A

解析：两导体相互接触后，电荷量将重新分布，总量不变，但由于不明确两导体的材质和形状，故无法确

定导体A所带的电荷量，A正确。

5.答案：A

解析：物体夺得电子的本领是：带正电的物体夺得电子的本领大于电中性的物体，电中性物体夺得电子的

本领大于带负电的物体。原来金属导体户不带电，对外显电中性，金属导体户与带正电的金属导体。接

触时，带正电的金属导体。夺得电子的本领大于不带电的金属导体P,带正电的金属导体。夺得电子，故

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金属导体「失去电子带正电。故A正确，BCD错误。

6.答案：AC

解析：蚊香的烟中含有一定的碳颗粒，当玻璃管中的导线和管外线圈间加上高电压后，玻璃管中的导线和

管外线圈间的空气被电离，碳颗粒吸附一定的电子带负电，向正极移动，吸附在管壁上，因此看不到有烟

从玻璃管中冒出来，该方法的原理与静电除尘是相同的，选项A、C正确。

7.答案：C

解析：处于静电平衡状态的导