人教版高中物理必修3第9章第4節(jié)靜電的防止與利用教學(xué)設(shè)計(jì)

教版高中物理必修3靜電的防止與利用教學(xué)設(shè)計(jì)

課題靜電的防止與利用單元9學(xué)科物理年級高二

本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修3第9章第4節(jié)的內(nèi)容,本節(jié)的主要概念是

靜電平衡，掌握靜電平衡的概念，理解靜電平衡的特征是本節(jié)的重點(diǎn)。應(yīng)用靜電平衡知識，

認(rèn)識導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象是本節(jié)的難點(diǎn)。做好演示實(shí)驗(yàn)是這

堂課的關(guān)鍵。

教材

金屬導(dǎo)體放在電場中，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)是一個非?？斓倪^程，但是對這一過程的分析

分析

卻十分重要。一定要帶領(lǐng)學(xué)生共同參與討論這一過程，使他們明白自由電荷不再定向移動的

條件。這樣做不僅突出了重點(diǎn)，也為突破難點(diǎn)打下基礎(chǔ)。

帶電導(dǎo)體的電荷分布的兩個特點(diǎn)對于學(xué)生來說是十分深奧的問題，必須通過實(shí)驗(yàn)才能加

深認(rèn)識。靜電屏蔽現(xiàn)象以及靜電屏蔽的應(yīng)用都必須做好演示實(shí)驗(yàn)。

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件。

2．掌握靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn)。

3．了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。

二、核心素養(yǎng)

教學(xué)

物理觀念：通過對靜電場中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動情況的討論，感受靜電平衡概念的建立

目標(biāo)

與核過程。

心素科學(xué)思維：掌握歸納、演繹推理的方法，訓(xùn)練學(xué)生的推理能力，親身感受知識的建立過

養(yǎng)

程。

科學(xué)探究：通過對靜電場中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動情況的討論，了解靜電平衡的概念，知

道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、探究等學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的

科學(xué)態(tài)度。

重點(diǎn)掌握靜電平衡的概念，理解靜電平衡的特征

難點(diǎn)應(yīng)用靜電平衡知識，認(rèn)識導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象

教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖

導(dǎo)入新課在我們身邊到處都有靜電。生活中的穿衣、脫

衣、運(yùn)動等過程都可能產(chǎn)生靜電。靜電與我們的生聯(lián)系生活體會激發(fā)學(xué)生的好奇

活密不可分。在我們身邊到心和探索欲望。

出示圖片：復(fù)印機(jī)處都有靜電，引出本節(jié)的課題

復(fù)印機(jī)可以應(yīng)用靜電吸附作用復(fù)印資料靜電的防止與利

思考：如圖，是加油站里常見的“靜電釋放器”，用

你知道司機(jī)或工人提加油槍前為什么必須用手要

觸摸一下靜電釋放器嗎？

出示圖片：靜電釋放器

“靜電釋放器”可以把人體、金屬、大地形成

通路，將人體靜電傳入大地，這樣就可以清除身體

上的靜電，防止發(fā)生火災(zāi)。

今天我們就來學(xué)習(xí)靜電的防止與利用。

講授新課一、靜電平衡

1.靜電感應(yīng)

思考討論：把一個不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放

到電場強(qiáng)度為E0的電場中，導(dǎo)體上會出現(xiàn)怎樣的

現(xiàn)象？學(xué)生思考并回調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)激

答問題，經(jīng)歷情，積極參與探

分析放在電場索活動。

中的導(dǎo)體靜電

感應(yīng)過程

金屬導(dǎo)體中自由電子受到電場的電場力作用

后向左移動，由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體AB側(cè)的平面

上將感應(yīng)出負(fù)電荷，在CD側(cè)的平面上將感應(yīng)出正

電荷。

2.靜電平衡

（1）導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)的正、負(fù)感應(yīng)電荷，感應(yīng)思考并回答問掌握靜電平衡的

電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與電場強(qiáng)度E0方向相反的電題，經(jīng)歷分析狀態(tài)

場，其電場強(qiáng)度為E′。放在電場中的

導(dǎo)體達(dá)到靜電

平衡的過程

（2）感應(yīng)電荷的電場和外電場疊加，使導(dǎo)體

內(nèi)部的電場減弱。在疊加后的電場作用下，仍有自

由電子不斷運(yùn)動，直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場強(qiáng)度E

＝0為止，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動。

這時我們說，導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡。

靜電平衡

3.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場

（1）靜電平衡狀態(tài)。

發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體，導(dǎo)體中（包括導(dǎo)體表面）

自由電子不再發(fā)生定向移動，我們就認(rèn)為這時導(dǎo)體

達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。

（2）靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)

全體學(xué)生參與強(qiáng)化學(xué)生意識使

①處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)處

探究，共同理他們體驗(yàn)獲取知

處為零。

解導(dǎo)體處于靜識的樂趣。

②表面處的電場強(qiáng)度不為零，表面處的電場強(qiáng)

電平衡狀態(tài)下

方向跟導(dǎo)體表面垂直。

的特點(diǎn)

思考討論：處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，表面學(xué)生思考并回幫助學(xué)生理解：

處的電場強(qiáng)方向?yàn)槭裁锤鷮?dǎo)體表面垂直?答問題。處于靜電平衡狀

參考答案：若場強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面若不垂態(tài)下的導(dǎo)體表面

直，則沿該點(diǎn)的表面就有一場強(qiáng)分量，電荷在這一處的電場強(qiáng)方向

場強(qiáng)分量作用下就會發(fā)生運(yùn)動，就不會處于靜電平跟導(dǎo)體表面垂

衡狀態(tài)了。直。

二、尖端放電

1.靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布的特點(diǎn)

（1）靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷，電

荷只分布在導(dǎo)體的外表面。閱讀課文掌握靜電平衡時

（2）在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的導(dǎo)體上電荷的分

密度（單位面積的電荷量）越大，周圍的電場強(qiáng)度布的特點(diǎn)，

越大。

2.尖端放電

（1）空氣的電離：使空氣分子中的正負(fù)電荷

分離，這個現(xiàn)象叫作空氣的電離。學(xué)生閱讀尖端鍛煉學(xué)生的自主

（2）尖端放電放電找出空氣學(xué)習(xí)能力

導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，的電離，尖端

使周圍中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子放電的定義

和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)

電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)

一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與

導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔

向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖

端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。

出示圖片：尖端放電

（3）應(yīng)用與防止

①應(yīng)用：將尖銳的金屬棒安裝在建筑物的頂學(xué)生說出尖端理論聯(lián)系實(shí)際，

端，用粗導(dǎo)線與埋在地下的金屬板連接，保持與大放電的應(yīng)用和讓學(xué)生體驗(yàn)知識

地的良好接觸，就成為避雷針。防止應(yīng)用的樂趣。

出示圖片：高樓頂上的避雷針

②防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光

滑，避免尖端放電導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失。

夜間高壓線周圍有時會出現(xiàn)一層綠色光暈，俗

稱電暈，這是一種微弱的放電現(xiàn)象。

三、靜電屏蔽

1.靜電屏蔽

導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時，內(nèi)部場強(qiáng)處處為0，若

是帶空腔的導(dǎo)體，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場強(qiáng)度也處

處為0，無論導(dǎo)體外部電場是什么樣的，導(dǎo)體內(nèi)部

都不會有電場金屬殼的這種作用叫做靜電屏蔽。觀看視頻電籠幫助理解靜電屏

出示視頻：電籠中的小鳥視頻中的小鳥視頻蔽

2.靜電屏蔽有兩種情況:

(1)第一種情況，導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電場的影

響，如圖所示。

理解靜電屏蔽加深學(xué)生對靜電

的兩種情況屏蔽的理解

：導(dǎo)體內(nèi)空腔

導(dǎo)體腔內(nèi)的電場為0

不受外界電場

因場源電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與導(dǎo)體球殼

的影響；接地

表面的感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的電場強(qiáng)度矢量和為零，

空腔導(dǎo)體內(nèi)部

表現(xiàn)為導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外部電場的影響，起到了屏

電場強(qiáng)度不影

蔽外部電場的作用。

響外部空間。

(2)第二種情況接地空腔導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度不

影響外部空間，如圖所示。

當(dāng)空腔導(dǎo)體接地時，地球與導(dǎo)體形成同一個導(dǎo)

體，空腔內(nèi)壁是場源電荷的近端，感應(yīng)異種電荷，

地球是遠(yuǎn)端，感應(yīng)同種電荷，空腔導(dǎo)體的外表面沒

有感應(yīng)電荷，可理解為內(nèi)部電場對空腔外不產(chǎn)生影

響，對內(nèi)部的電場起到了屏蔽作用。

演示靜電屏蔽

（1）使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器，但不接觸，

箔片是否張開？解釋看到的現(xiàn)象。

現(xiàn)象：箔片會張開。

學(xué)生觀察圖片理解靜電感應(yīng)是

原因：當(dāng)帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電器時由于靜

思考討論自由電子的移動

電感應(yīng)，自由電子將向金屬球移動使得金屬球帶負(fù)

電，箔片由于缺少電子帶正電。所以箔片會張開。

（2）用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金

屬球靠近驗(yàn)電器，觀察箔片是否張開。這個現(xiàn)象說

明什么？

學(xué)生觀察圖片加深對靜電平衡

思考討論的理解，培養(yǎng)學(xué)

生解決問題的能

現(xiàn)象：箔片不會張開力

原因：用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，導(dǎo)體的外殼

對它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外

部電場的影響，內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零．電荷只分

布在導(dǎo)體的外表面上，所以驗(yàn)電器的箔片不張開，

我們把這種現(xiàn)象稱之為靜電屏蔽。

出示視頻：靜電屏蔽視頻

3.靜電屏蔽的應(yīng)用

（1）野外高壓輸電線受到雷擊的可能性很大，

所以在三條輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，它們與大地學(xué)生說出靜電拓展學(xué)生的知識

相連，形成一個稀疏的金屬“網(wǎng)”，把高壓線屏蔽屏蔽的應(yīng)用面

起來，使其免遭雷擊。

出示圖片：高壓線屏蔽

（2）超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，

是用包含金屬絲的織物制成的，形成一個金屬

“網(wǎng)”，內(nèi)場強(qiáng)保持為0，高壓外電場不會對內(nèi)部

的工人產(chǎn)生影響。

出示圖片：超高壓帶電作業(yè)的工人

四、靜電的危害與利用

1.靜電的危害

靜電的危害可能隨時發(fā)生。醫(yī)院手術(shù)臺上，靜

電火花有可能引起麻醉劑爆炸；

煤礦里，靜電火花會引起瓦斯爆炸……

出示圖片：瓦斯爆炸

因此，靜電的危害必須引起人們的警惕。

科學(xué)漫步雷火煉殿

湖北的武當(dāng)山古建筑群是世界文化遺產(chǎn)之一，引導(dǎo)學(xué)生閱讀展學(xué)生的知識面

在武當(dāng)山主峰天柱峰上有一座金殿，是我國現(xiàn)存最課本科學(xué)漫步知道“雷火煉殿”

大的銅鑄鎏金大殿。說明，球狀物體

出示圖片：武當(dāng)山金殿可以積累電荷，

這座金殿最為奇特的是，每逢電閃雷鳴的時產(chǎn)生火花放電。

候，火球會在金殿周圍滾動，但霹靂卻擊不毀金殿；

雨過天晴后，大殿光彩奪目，像被洗過一樣，

這就是“雷火煉殿”奇觀。后來，因金殿周圍的一

些建筑物常被雷擊，金殿也安裝了避雷設(shè)施。此后，

雷火煉殿奇觀消失，沒有水火的洗煉，金殿的色澤

也黯淡了許多。

“雷火煉殿”說明，球狀物體可以積累電荷，

產(chǎn)生火花放電。

2.靜電的利用

（1）靜電除塵

設(shè)法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，

塵埃到達(dá)電極而被收集起來，這就是靜電除塵。閱讀課文靜電鍛煉學(xué)生的自主

出示圖片：靜電除塵原理的利用學(xué)習(xí)能力

原理：靜電除塵器由板狀收集器A和線狀電離

器B組成。A接到幾千伏高壓電源的正極，B接到

高壓電源的負(fù)極，它們之間有很強(qiáng)的電場，而且距

B越近，電場強(qiáng)度越大。B附近的空氣中的氣體分

子更容易被電離，成為正離子和電子。正離子被吸

到B上，得到電子，又成為分子。電子在向著正極

A運(yùn)動的過程中，遇到煙氣中的粉塵，使粉塵帶負(fù)

電。粉塵被吸附到正極A上，最后在重力的作用下

落入下面的漏斗中。

（2）靜電噴漆

接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)

電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工

件運(yùn)動，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。

出示圖片：靜電噴漆

（3）靜電復(fù)印

復(fù)印機(jī)也應(yīng)用了靜電吸附。復(fù)印機(jī)的核心部件

是有機(jī)光導(dǎo)體鼓，它是一個金屬圓柱，表面涂覆有

機(jī)光導(dǎo)體。沒有光照時，OPC是絕緣體，受到光

照時變成導(dǎo)體。靜電復(fù)印的工作流程如下：

充電曝光顯影轉(zhuǎn)印放電

課堂練習(xí)

1.下列做法中，屬于預(yù)防靜電危害的是（）

A．靜電噴漆

B．在煙道的中央裝有靜電除塵器

C．電視機(jī)上裝有一條戶外天線

D．運(yùn)輸汽油等易燃易爆物品的車輛拖一條鐵

鏈在地上

答案：D

2.有一次，小明的手指靠近金屬門把手時，突

然有一種被電擊的感覺。這是因?yàn)檫\(yùn)動摩擦使身體

帶電，當(dāng)手指靠近門把手時，二者之間形成的放電

現(xiàn)象。若放電前，小明的手指帶負(fù)電。有關(guān)金屬門學(xué)生練習(xí)鞏固所學(xué)的知識

把手的兩端被感應(yīng)帶電的情況，下列圖中標(biāo)示正確

的是（）

AB

CD

答案：A

3.一個帶電的金屬球，當(dāng)它帶的電量減少后，

其內(nèi)部的場強(qiáng)將（）

A．一定增強(qiáng)

B．一定減弱

C．可能增強(qiáng)可能減弱

D．不變

答案：D

4.下列說法正確的是（）

A．處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場強(qiáng)度和

電勢均為零

B．元電荷是電子和質(zhì)子的統(tǒng)稱

C．用靜電噴漆的方法給汽車噴涂油漆，既省

漆又均勻

D．避雷針避雷是利用尖端放電中和空氣中的

異種電荷

答案：CD

拓展提高

1.如圖所示，一個帶電的金屬圓筒（法拉第圓

筒）和一個驗(yàn)電器相距較遠(yuǎn)地方放置?，F(xiàn)用一個（不

帶電的）帶絕緣手柄的金屬小球先與圓筒的外壁接

觸、再與驗(yàn)電器的小球接觸，驗(yàn)電器的箔片會

______；讓系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，用小球先與圓筒的

內(nèi)壁接觸、再與驗(yàn)電器小球接觸，驗(yàn)電器的箔片將

會________（以上兩空均選填“張開”或“不張開”）。

答案：張開；不張開

2.一個不帶電的空心金屬球，在它的球心處放

一個正點(diǎn)荷。圖中的哪一個能正確表示其電場分布

的情況()

答案：B

3.如圖所示，兩個相同的空心金屬球M和N，

M帶-Q電荷，N不帶電（M、N相距很遠(yuǎn)，互不影

響），旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將

帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時

（）

A．P、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷

B．P上沒有，而R上有感應(yīng)電荷

C．P上有，而R上沒有感應(yīng)電荷

D．P、R上均沒有感應(yīng)電荷

課堂小結(jié)1.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)梳理自己本節(jié)根據(jù)學(xué)生表述，

①處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)處所學(xué)知識進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，并有