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9.4静电的防止与利用 教学设计
一、核心素养目标
物理观念：理解静电产生的本质是电荷的转移与积累，明确静电的双重性（有利与有害）；掌握静电利用的核心原理（电场力对电荷的作用）及静电防止的关键措施（中和电荷、导走电荷）；建立“从电荷运动规律出发分析静电现象”的物理观念。
科学探究：通过观察静电植绒、静电除尘的模拟实验，经历“现象观察—原理猜想—实验验证—应用总结”的探究过程；学会运用控制变量法分析影响静电效果的因素，提升实验观察与归纳推理能力。
科学思维：通过对比静电利用与防止的不同措施，培养“具体问题具体分析”的思维方法；能运用电场强度、电荷守恒等知识解释静电现象的原理，提升知识迁移与综合应用能力；通过分析静电技术的利弊，建立辩证看待事物的思维模式。
科学态度与责任：感受静电技术在工业、生活中的广泛应用，激发将物理知识转化为实践价值的兴趣；了解静电危害的防控案例，认识科学技术“趋利避害”的重要性；培养关注生活、主动运用物理知识解决实际问题的责任意识。
二、教学重难点
重点：静电利用的常见实例（静电除尘、静电复印、静电植绒等）及核心原理（电场力吸附电荷或带电微粒）；静电防止的主要措施（接地放电、增湿、使用抗静电材料等）及对应原理；静电产生与积累的条件（电荷转移后无法导走）。
难点：结合电场分布分析静电利用的具体机制，如静电复印中“静电潜像”的形成过程；理解不同场景下静电防止措施的针对性，如油罐车接地与纺织车间增湿的原理差异；区分“主动利用电场力”与“被动消除电荷积累”的逻辑差异；运用静电知识解释复杂生活现象，如雷电防护的多重机制。
三、教学环节设计
（一）情境导入：静电的“双面人生”
1.双情境对比：教师同时展示两组图片——一组是“静电复印快速成像”“静电植绒打造精美布料”的场景，另一组是“油罐车起火爆炸”“电子元件被静电击穿损坏”的新闻图片。
2.问题链引导：提出问题“同样是静电，为什么有的能为我们服务，有的却会带来灾难？”“我们该如何驾驭静电，让它‘趋利避害’？”引发学生思考，自然引出本节课主题——静电的防止与利用。
3.师生互动：学生分享生活中遇到的静电现象，如冬天脱毛衣的“噼啪”声、触摸金属门把的“触电”感、手机屏幕吸附灰尘等，教师分类记录“有益”与“有害”的实例，为后续教学铺垫。
（二）探究新知一：静电的产生与积累——“双面人生”的根源
1.复习回顾：教师引导学生回顾“摩擦起电、感应起电”的本质是电荷转移，强调“静电的核心是电荷的积累”——当物体因绝缘而无法将转移的电荷导走时，就会形成静电。
2.积累条件分析：师生共同总结静电积累的两个关键条件：一是存在电荷转移（如摩擦、接触），二是电荷无法顺利导走（物体绝缘或环境干燥导致导电性差）。
3.实验演示：教师演示“干燥与潮湿环境下的静电差异”——用塑料尺在干燥头发上摩擦后，能吸引大量碎纸屑；将摩擦后的塑料尺在潮湿毛巾上擦拭后，再靠近碎纸屑，吸引力明显减弱。
4.师生互动：学生分组讨论“为什么潮湿环境能减少静电？”，教师引导得出“潮湿环境中物体表面形成水膜，增强导电性，使积累的电荷及时导走”的结论，为后续静电防止措施做铺垫。
（三）探究新知二：静电的利用——让电荷“为我所用”
1.核心原理提炼：教师明确静电利用的核心思路——“主动创造并利用电场力，使带电微粒或电荷按人们的需求运动”，本质是电场力对电荷的定向作用。
2.典型实例分析（结合模拟实验与原理拆解）：
（1）静电除尘：
①模拟实验：教师展示静电除尘装置模型——高压电极（负极）与集尘板（正极）之间形成强电场，当烟雾（含带电粉尘）进入电场后，粉尘被吸附到集尘板上，输出洁净空气。
②原理拆解：高压电场使空气电离，粉尘吸附电子带负电，在电场力作用下向带正电的集尘板运动，实现除尘。
③师生互动：学生分析“为什么电极要接高压？”，教师解释“强电场才能使空气电离，为粉尘提供带电条件，同时增大电场力，提升吸附效率”。
（2）静电复印：
①流程拆解：教师通过动画演示静电复印的五个核心步骤——充电（硒鼓带正电）→曝光（原稿成像处硒鼓放电，形成“静电潜像”）→显影（墨粉带负电，吸附到硒鼓带电区域）→转印（墨粉转移到纸张）→定影（加热固定墨粉）。
②关键原理：每个步骤均利用“电荷间的相互作用”，如曝光后硒鼓上的静电潜像相当于“电荷分布的图案”，墨粉通过异种电荷吸引附着，实现图像复制。
③师生互动：学生提问“如果墨粉带正电，还能实现显影吗？”，教师引导得出“不能，因为硒鼓潜像的带电区域与墨粉电荷同种排斥，无法吸附”，强化“异种电荷吸引”的应用逻辑。
（3）静电植绒：
①现象展示：展示静电植绒布料，观察“绒毛垂直排列、图案清晰”的特点。
②原理分析：基底布料带一种电荷，绒毛带异种电荷，在电场力作用下，绒毛直立并快速吸附到基底上，经固化形成植绒图案。
3.其他实例拓展：教师补充静电喷涂（油漆带电后均匀吸附到工件上，减少浪费）、静电分选（利用不同物质带电性差异分离废料）等实例，强调“电场力定向作用”的共性原理。
（四）探究新知三：静电的防止——让电荷“无迹可寻”
1.核心思路提炼：教师明确静电防止的核心是“破坏静电积累的条件”，具体分为两类：一是减少电荷转移，二是加速电荷导走，其中“加速电荷导走”是最常用的措施。
2.典型措施分析（结合场景与原理）：
（1）接地放电：
①场景实例：油罐车尾部的金属链条拖地、加油站加油时油枪与车身接触、电子车间工人佩戴接地手环。
②原理：通过金属导体将物体与大地连接，使积累的电荷及时导入大地，避免电荷积累到危险程度。
③师生互动：学生观察“油罐车链条”图片，讨论“为什么链条要接触地面？如果链条悬空会有什么风险？”，明确“悬空则无法接地，电荷积累可能引发火花，点燃燃油蒸汽”的危害。
（2）增湿降阻：
①场景实例：纺织车间、电子厂房安装加湿器，印刷车间保持一定湿度。
②原理：潮湿环境使物体表面形成导电水膜，降低电阻率，加速电荷导走，减少静电积累。
（3）使用抗静电材料：
①场景实例：防静电工作服、电脑主板的防静电包装袋、地毯中掺入金属丝。
②原理：抗静电材料具有一定导电性，能缓慢导走电荷，避免瞬间大量积累；金属丝地毯则直接通过金属丝将电荷导走。
（4）中和电荷：
①场景实例：电子车间使用离子风机，雷电防护中的避雷针。
②原理：离子风机产生正、负离子，与物体表面积累的静电电荷中和；避雷针则通过尖端放电，将云层中的电荷提前导入大地，避免剧烈放电（雷电）。
3.师生互动：分组任务“场景匹配”——给出“煤矿井下、家用洗衣机、航空燃油运输”三个场景，学生为每个场景设计至少两种静电防止措施，并说明原理，教师点评补充。
（五）重点知识归纳
1.静电的本质与积累：本质是电荷的转移与积累，积累条件为“电荷转移+无法导走”，干燥、绝缘环境会加剧积累，潮湿、导电环境会抑制积累。
2.静电利用的“一个核心，三类实例”：
（1）核心原理：利用电场力对带电微粒或电荷的定向作用，使电荷按需求运动。
（2）三类实例：①吸附类（除尘、植绒、喷涂）——异种电荷吸引；②复制类（复印、打印）——静电潜像+电荷吸附；③分选类——不同物质带电差异。
3.静电防止的“两大思路，四项措施”：
（1）核心思路：破坏电荷积累条件（减少转移、加速导走）。
（2）四项措施：①接地放电（最直接，导入大地）；②增湿降阻（增强导电，导走电荷）；③抗静电材料（缓慢导走）；④中和电荷（离子风机、避雷针）。
4.辩证关系：静电本身无好坏，关键在于“是否可控”——可控则利用，不可控则防止，核心是围绕“电荷的转移与导走”调控。
5.易错点提醒：①避雷针的作用是“尖端放电中和电荷”，而非“吸引雷电”；②静电复印中“曝光”的作用是“消除部分区域电荷，形成潜像”，而非“使硒鼓带电”；③接地的关键是“形成导电通路”，仅连接金属但不接地无效。
（六）巩固练习：基础应用与综合分析
1.下列关于静电产生的说法中，正确的是（）
A.静电是凭空产生的电荷，不符合电荷守恒定律
B.静电的本质是电荷的转移与积累，遵循电荷守恒定律
C.只有摩擦才能产生静电，感应起电不会形成静电
D.导体不会产生静电，只有绝缘体才能积累静电
2.下列实例中，属于静电利用的是（）
A.油罐车尾部安装金属链条拖地
B.电子车间工人佩戴防静电手环
C.静电喷涂技术给汽车外壳上漆
D.纺织车间安装加湿器保持湿度
3.静电除尘装置是静电利用的典型案例，其核心工作原理是（）
A.同种电荷相互排斥
B.异种电荷相互吸引
C.电荷的热运动
D.电荷的无规则扩散
4.下列关于静电防止措施的说法中，错误的是（）
A.接地放电的本质是将积累的电荷导入大地
B.增湿的目的是增强物体的导电性，加速电荷导走
C.抗静电材料能完全消除电荷的产生
D.避雷针通过尖端放电中和云层中的电荷
5.冬天，在干燥的环境中脱毛衣时，常常会听到“噼啪”声并看到火花，这一现象的原因是（）
A.毛衣与皮肤摩擦产生了新的电荷
B.毛衣上积累的静电发生了尖端放电
C.毛衣中的纤维燃烧产生了火花
D.空气被毛衣摩擦电离产生了火花
6.静电复印是办公常用技术，其工作过程中“显影”环节的原理是（）
A.硒鼓被高压充电，带上均匀电荷
B.原稿图像通过曝光，在硒鼓上形成静电潜像
C.带异种电荷的墨粉被吸附到硒鼓的静电潜像上
D.墨粉从硒鼓转移到纸张上，完成转印
7.下列场景中，对静电防止措施的应用不合理的是（）
A.煤矿井下使用抗静电工作服，防止静电火花引爆瓦斯
B.家用微波炉的外壳采用绝缘材料，防止静电泄漏
C.航空燃油加注时，油枪与飞机机身用金属导线连接
D.电脑主机的散热风扇使用接地导线，避免静电损坏元件
8.离子风机是电子车间常用的静电防止设备，其工作原理是（）
A.产生强电场，将物体表面的电荷导走
B.产生正、负离子，与物体表面的静电电荷中和
C.增强空气湿度，加速电荷的自然导走
D.利用金属导体将电荷直接导入大地
9.静电植绒技术中，绒毛能垂直吸附到基底布料上的关键原因是（）
A.绒毛受到重力作用，自然下垂
B.电场力的方向垂直于基底，使绒毛直立
C.摩擦起电使绒毛与布料粘在一起
D.基底对绒毛的万有引力作用
10.下列关于雷电防护的说法中，正确的是（）
A.避雷针的作用是吸引雷电，将其导入大地
B.建筑物安装避雷针后，就不会受到雷电影响
C.避雷针通过尖端放电，提前中和云层中的电荷
D.雷电是静电现象，无法通过人工措施防控
（七）练习答案及解析
1.答案：B解析：静电的本质是电荷的转移与积累，电荷不会凭空产生或消失，遵循电荷守恒定律，A错误，B正确；摩擦起电、感应起电均可产生电荷转移，若电荷无法导走均会形成静电，C错误；导体在快速摩擦且接触不良时，也可能瞬间积累静电（如金属棒在干燥丝绸上快速摩擦），只是导体积累的电荷更容易导走，D错误。
2.答案：C解析：油罐车金属链条拖地、工人佩戴防静电手环、车间增湿均是为了防止静电积累，属于静电防止措施，A、B、D错误；静电喷涂利用异种电荷相互吸引，使油漆均匀吸附到工件上，属于静电利用，C正确。
3.答案：B解析：静电除尘中，高压电场使粉尘带电，带负电的粉尘在电场力作用下向带正电的集尘板运动，核心原理是异种电荷相互吸引，B正确；同种电荷排斥与除尘无关，A错误；电荷的热运动、无规则扩散会使粉尘分散，与除尘效果相反，C、D错误。
4.答案：C解析：接地放电通过导电通路将电荷导入大地，A正确；增湿使物体表面形成水膜，增强导电性，加速电荷导走，B正确；抗静电材料的作用是“缓慢导走电荷，避免大量积累”，而非“完全消除电荷产生”，电荷转移仍可能发生，C错误；避雷针通过尖端放电释放电荷，中和云层中的电荷，避免剧烈放电，D正确。
5.答案：B解析：脱毛衣时，毛衣与皮肤摩擦产生电荷转移，干燥环境下电荷无法导走，积累到一定程度时，空气被击穿，发生瞬间放电，产生“噼啪”声和火花，属于静电的尖端放电现象，B正确；电荷不会凭空产生，A错误；火花是放电现象，并非纤维燃烧，C错误；摩擦使电荷转移而非空气电离，空气电离需强电场（如高压电极附近），D错误。
6.答案：C解析：静电复印各环节分工明确：充电环节使硒鼓带均匀电荷（A项），曝光环节形成静电潜像（B项），显影环节利用异种电荷吸引使墨粉附着到潜像上（C项），转印环节将墨粉转移到纸张（D项）。题目问“显影”环节原理，C正确，A、B、D对应其他环节，错误。
7.答案：B解析：煤矿井下瓦斯易燃易爆，抗静电工作服可防止静电火花，A合理；微波炉外壳若采用绝缘材料，会导致内部电路产生的静电无法导走，可能干扰电路或引发触电风险，应采用导电外壳并接地，B不合理；航空燃油加注时，油枪与机身连接可实现接地，避免电荷积累引发火花，C合理；电脑风扇接地可导走转动产生的静电，防止损坏主机元件，D合理。
8.答案：B解析：离子风机的核心功能是产生等量的正、负离子，当物体表面积累正静电时，负离子与之中和；积累负静电时，正离子与之中和，从而消除静电，B正确；产生强电场是静电利用的手段（如静电除尘），A错误；离子风机与空气湿度无关，C错误；离子风机无接地导线，不通过导体导走电荷，D错误。
9.答案：B解析：静电植绒中，基底与绒毛带异种电荷，电场方向垂直于基底表面，绒毛在电场力作用下直立并向基底运动，实现垂直吸附，B正确；重力使绒毛下垂但无法保证“垂直吸附”和“图案清晰”，A错误；摩擦起电仅能使绒毛带电，无法决定吸附方向，C错误；万有引力远小于电场力，对吸附无影响，D错误。
10.答案：C解析：避雷针的作用并非“吸引雷电”，而是通过尖端放电，缓慢释放建筑物上的电荷，与云层中的电荷中和，避免电荷积累到发生剧烈雷电的程度，A错误，C正确；避雷针可降低雷电危害，但无法完全消除雷电对建筑物的影响（如强雷电可能绕过避雷针），B错误；雷电是大规模静电放电现象，可通过避雷针、接地等措施有效防控，D错误。
（八）课堂小结与拓展
1.师生共同梳理知识体系：静电的本质（电荷积累）→双重性（利用与防止）→利用原理（电场力定向作用）→防止措施（破坏积累条件），强调“原理指导实践”的核心逻辑。
2.拓展思考：“随着新能源汽车的普及，充电桩的静电防护越来越重要，你认为充电桩应采取哪些静电防止措施？”“除了课本实例，你还能想到哪些静电利用的创新场景？”引导学生关注科技前沿。
3.实践任务：布置“静电现象观察日记”——学生记录一周内生活中的静电现象，分类标注“有益”“有害”，并提出对应的利用或防止建议，下节课分享交流。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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