陜西省藍田縣城關中學人教版高中物理選修31教案1.7靜電現(xiàn)象的應用

高中物理選修31教學設計§〖三維目標〗知識與技能：1、通過對靜電場中導體的自由電荷運動情況的討論，了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導體的特點。2、通過實驗了解靜電平衡時帶電導體上電荷的分布特點。3、了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象，關注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象。過程與方法：通過觀察演示實驗及對實驗現(xiàn)象的分析，引導學生運用所學知識進行分析推理，培養(yǎng)學生分析推理能力。情感態(tài)度價值觀：通過對實驗的觀察和推理，培養(yǎng)學生科學的研究方法，以及嚴謹認真的學習態(tài)度?！贾攸c和難點〗重點：掌握靜電平衡的概念，理解導體處于靜電平衡狀態(tài)的特點難點：應用靜電平衡的知識，認識導體的電荷分布特點，尖端放電現(xiàn)象，靜電屏蔽現(xiàn)象〖教學用具〗多媒體電教設備，感應起電機，法拉第圓筒，靜電計，帶絕緣柄金屬球，感應圈，金屬網(wǎng)罩，絕緣底座，驗電羽等〖教學過程〗引入新課：教師提問：1．電場的基本性質(zhì)是什么？2．金屬導體的微觀結構如何？3、將金屬導體放入電場中自由電子會怎樣移動？學生活動回答1：對放入其中的電荷有力的作用?；卮?：金屬導體中原子由原子核和電子組成，離原子核較遠的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，成為自由電子，失去這種電子的原子便成為帶正電的離子?；卮?：導體內(nèi)自由電子會因受到與場強方向相反的電場力的作用而向場強的反方向定向移動。過渡語：在電場中的導體沿著電場強度方向兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象叫做靜電感應。那么，由于電荷的移動，導體的電場將發(fā)生怎樣的變化呢？新課內(nèi)容：一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場1：靜電平衡狀態(tài)出示問題．電子的聚集會出現(xiàn)怎樣的結果？．電子是否會永遠這樣定向運動下去？．最終會出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？學生分組討論每一小組由一位同學陳述小組討論的結果。回答：導體兩面出現(xiàn)的正負電荷會在導體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場方向相反的感生電場。這兩個電場疊加，使導體內(nèi)部的電場減弱?；卮穑褐灰獙w內(nèi)部的合場強不為零，自由電子就會繼續(xù)做定向移動。導體兩面的正負電荷就會繼續(xù)增加，導體內(nèi)部的合場強會進一步削弱，直到導體內(nèi)部的合場強等于零為止?；卮穑簩w內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動。教師畫圖闡述：當導體內(nèi)的自由電子（包括表面）不再發(fā)生定向移動時，導體達到靜電平衡狀態(tài)。2：靜電平衡狀態(tài)下導體的特點場強的特點教師不再通過提問的方式來解決問題，而是放開手腳讓學生自由討論發(fā)揮，但提示學生可以先從導體內(nèi)部的場強這個方面去思考。（當學生回答內(nèi)部場強的特點時，教師順水推舟提出導體外部場強的特點）學生1回答：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部的場強處處為零學生2回答：靜電平衡狀態(tài)的導體，其外部的場強方向必跟該點的表面垂直。提問：導體外部場強為什么有這樣的特點？提示學生可以用反證法回答：假如不是這樣，場強就會有一個沿導體表面的分量，導體上的自由電子就會發(fā)生定向移動，這就不是平衡狀態(tài)了。電勢的特點提示學生根據(jù)已學過的關于電場強度與電勢差的關系來探究電勢的特點學生3回答：根據(jù)電勢差與電場強度的關系可知，若場強處處為零，則任意兩點間的電勢差為零，也就是導體上各點間的電勢都相等。所以，處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，它的表面是個等勢面?；卮穑杭偃绮皇沁@樣，某兩點間就會存在電勢差，就有電場線的存在，導體上的自由電子就還會發(fā)生定向移動，這就不是平衡狀態(tài)了。闡述：地球是個極大的導體，可以認為處于靜電平衡狀態(tài)，所以它是一個等勢體，這是我們可以把大地選做零電勢體的一個原因。鞏固練習例1：如圖所示,帶正電的導體球A置于原來不帶電的空腔導體球B內(nèi)，a?c分別為導體A?B內(nèi)的點,b為導體A和B之間的一點,下列說法正確的是()A.a?b?c三點的電勢都相等B.a點的場強為零,但電勢最高C.b點的場強為零,但電勢大于零D.a?b?c三點的場強都為零答案:B例2:如圖，長為L的導體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點電荷放在距棒左端為R的某點.當達到靜電平衡時，棒上感應電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強的大小為多大?方向如何？根據(jù)導體靜電平衡的特點，棒上感應電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強與電電荷在此點產(chǎn)生的場強等大反向所以答案為：,方向水平向左。二、導體上電荷的分布演示課本26頁的法拉第圓筒實驗提問1：由實驗現(xiàn)象能得到什么結論？為什么？學生1回答：靜電平衡狀態(tài)下帶電導體的電荷只能分布在導體的外表面學生2回答：因為導體內(nèi)部的場強處處為零，導體內(nèi)部就不可能有未被抵消的電荷，假如內(nèi)部某處有凈電荷，在它附近的場強就不可能為零。提問2：帶電導體的電荷是否均勻分布在導體的外表面？乙圖，一頭大一頭小的導體電荷在外表面分布的情況學生3回答：電荷分布不均勻，越尖的地方電荷分布越多，越平的地方電荷分布越少。教師總結：靜電平衡時，電荷只分布在導體的外表面，內(nèi)部沒有電荷；在導體外表面，越尖銳的的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。三、尖端放電演示尖端放電的實驗閱讀課本25頁尖端放電內(nèi)容并用自己的語言復述尖端放電的原因及其應用（避雷針、燃氣灶和燃氣熱水器中的電子點火器等）和防止（實驗中帶電金屬球和高壓設備中導體的表面要十分光滑等）四、靜電屏蔽讓學生閱讀課本26頁靜電屏蔽的內(nèi)容并討論靜電平衡條件下帶空腔的導體電荷的分布及導體殼壁內(nèi)和空腔內(nèi)電場情況，最后由學生得出靜電屏蔽的概念。演示靜電屏蔽實驗進行驗證靜電屏蔽的應用：電子儀器設備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的鉛皮，鐵塔上方的兩條導線等等都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。例三：如圖,將一個帶正電的小球A用絕緣細線懸掛放入一個不帶電的空心金屬球殼內(nèi).現(xiàn)用一個帶正電小球B靠近金屬球殼發(fā)現(xiàn)球A并不發(fā)生偏移,為什么呢?因為B電荷形成電場,金屬