资源简介

9.4 静电的防止与利用 教学设计
人教版高中物理必修第三册
教材内容分析
本节依据教材“静电平衡—尖端放电—静电屏蔽—静电吸附”的顺序组织，技术应用均回扣导体、电场和带电微粒受力。
学情分析
学生已具备力的合成、运动和简单实验探究基础，需要把可观察现象转化为电学模型，特别注意模型条件、方向和矢量性。
教学目标
1. 能通过导体在外电场中的现象说明静电平衡及其基本特征。
2. 能解释尖端放电和静电屏蔽，判断防止静电危害的基本方法。
3. 能用电场和静电力观点解释静电除尘、静电喷涂、静电复印等应用。
教学重点
围绕教材核心概念组织情境、证据、建模、应用和评价，避免超出本节边界。
教学难点
从现象和证据中提炼物理量或规律，明确适用条件，并能解释方向和结果。
教学策略设计
从加油站释放静电情境引入，先分析导体中的自由电子和静电平衡，再由电荷分布生成尖端放电与屏蔽，最后迁移到除尘、喷涂和复印。
教学用具
投影设备、静电感应装置、金属网罩、验电器、静电除尘或喷涂演示视频。
教学过程
教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
情境引入 在加油站加油前为什么要触摸静电释放器？如何防止静电积累造成危害？ 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
学习目标 1. 能通过导体在外电场中的现象说明静电平衡及其基本特征。
2. 能解释尖端放电和静电屏蔽，判断防止静电危害的基本方法。
3. 能用电场和静电力观点解释静电除尘、静电喷涂、静电复印等应用。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 从自由电子的移动开始分析 把不带电金属导体放入外电场，自由电子受力移动并在两端形成感应电荷。
问题：感应电荷产生的电场方向怎样？自由电子会一直移动吗？
答案：感应电场与外电场方向相反；直到导体内部合场强为零，自由电子不再定向移动。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 把现象归纳为条件 导体达到静电平衡的标志：内部自由电荷不再定向移动。
导体内部合场强为零；导体表面场强方向垂直于表面。
归纳：静电平衡不是“没有电场”，而是导体内部合场强为零。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 从不同形状导体比较 静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷分布在外表面；越尖锐的位置，电荷密度越大，附近场强越强。
问题：尖端电荷密度大，会带来什么现象？
答案：尖端附近容易形成强电场，为尖端放电提供条件。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 强电场使空气电离 导体尖端电荷密度大 → 周围电场强 → 空气分子电离 → 带电粒子在电场中运动 → 尖端失去电荷。
问题：尖端放电为什么既能用于避雷，也会造成高压设备能量损失？
答案：尖端放电能把电荷导向空气并释放；设备若不需要放电，就要减小尖端、使表面光滑。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 解释技术选择 避雷针：尖端放电并通过良好接地降低直击风险。
高压设备：表面尽量光滑，减少不必要的尖端放电和电能损失。
答案：同一物理规律在不同技术目标下有不同应用：避雷需要可控释放，高压设备需要减少放电。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 导体空腔内部的场强 问题：把导体掏空后，外部电场能否进入空腔？
静电平衡时，导体壳壁内场强为零，空腔内部在相应条件下也可保持场强为零。
答案：利用导体静电平衡特征可形成静电屏蔽，减弱或隔绝外电场对内部的影响。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
4. 从原理图走向应用 金属网罩、屏蔽服和高压线屏蔽都利用导体的静电屏蔽特性。
问题：为什么金属网也能屏蔽，而不一定要用密封金属盒？
答案：在相应尺度和条件下，金属网能通过感应电荷重新分布使内部电场减弱。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 带电微粒在电场中运动 带电微粒在电场中受到静电力作用，向收集电极定向运动并被吸附。
问题：静电除尘、静电喷涂和静电复印的共同物理基础是什么？
答案：利用带电微粒在电场中的受力和运动，把目标微粒定向输运并沉积。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 从带电到收集 气体分子电离产生电子和正离子；电子附着在粉尘上，使粉尘带负电并被正极收集。
问题：为什么电离器附近需要较强电场，收集器又要连接正极？
答案：强电场便于电离空气并使粉尘带电；带负电粉尘被接正极的收集器吸附。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 带电油漆微粒的沉积 带电油漆微粒在静电力作用下沉积到工件。
归纳：利用带电微粒在电场中的受力运动，使油漆沉积到工件表面。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
4. 电荷图样与墨粉转印 利用光导体的导电特性变化形成电荷图样，再吸附和转印墨粉。
归纳：应用名称不同，但都利用了电荷、电场和带电微粒受力运动的规律。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习1 1. 导体达到静电平衡时，内部场强
A.一定增强　B.一定减弱　C.处处为零　D.可能增强也可能减弱
答案：C
讲评要点：静电平衡时导体内部合场强处处为零。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习2 2. 静电阻隔口罩面料利用的主要原理是
A.静电感应　B.摩擦起电　C.静电吸附　D.静电屏蔽
答案：C
讲评要点：带电纤维层对微粒产生吸附作用。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习3 3. 带电检修人员穿金属丝织物工作服的主要原因是
A.利用静电屏蔽　B.利用摩擦起电
C.增强人体电场　D.防止所有电荷产生
答案：A
讲评要点：金属丝织物形成屏蔽层，使服装内部场强较小。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习4 4. 关于静电屏蔽和尖端放电，下列说法正确的是
A.避雷针主要利用静电屏蔽　B.金属网罩能减弱外电场对内部的影响
C.高压设备应尽量多设置尖端　D.尖端放电不能用于技术
答案：B
讲评要点：避雷针主要利用尖端放电和良好接地；金属网罩利用静电屏蔽。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
静电的防止与利用源知识结构 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
板书设计
外电场 → 自由电子移动 → 静电平衡 → 电荷分布 → 尖端放电/静电屏蔽 → 静电吸附应用。
教学反思
检查学生是否把“导体内部场强为零”误解为“没有电荷”，并区分尖端放电、屏蔽和吸附的应用条件。

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