高中物理 第一章 靜電場 第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應用示范教案 新人教版選修3-1

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精7靜電現(xiàn)象的應用教學設計教學分析 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.應用靜電平衡知識，認識導體的電荷分布特點、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象是本節(jié)課的難點.做好演示實驗是這堂課的關鍵。教學目標 （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特征。(2）通過實驗了解靜電平衡的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、生產中的靜電現(xiàn)象。（4）經歷分析放在電場中的導體達到靜電平衡的過程.教學重點難點 靜電平衡的特征，應用靜電平衡知識，是本節(jié)課的難點。金屬導體放在

2、電場中，達到靜電屏蔽是一個非?？斓倪^程，但是對這一過程的分析卻十分重要。一定要帶領學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。這樣做不僅突出重點，也為突破難點打好了基礎。帶電導體的電荷分布特點、靜電屏蔽、靜電屏蔽的應用都必須做好實驗.教學方法與手段以演示實驗為先導,引領學生討論分析靜電感應現(xiàn)象，總結靜電平衡知識，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。做好演示實驗、合作學習為主，發(fā)動學生展開討論，舉例說明生活中的靜電現(xiàn)象.教學媒體 法拉第圓筒、絕緣金屬球、靜電感應導體、驗電器、感應器電機.多媒體課件、實物投影儀、視頻片斷。知識準備 電場的基本特性;金屬導體的特征

3、；靜電感應的概念;感應起電的本質。導入新課 事件1教學任務：創(chuàng)設情景，導入新課師生活動:情景導入，放映雷電現(xiàn)象的視頻片斷,ppt課件展示靜電現(xiàn)象的圖片。引入新課：創(chuàng)設情景將一金屬導體放入場強為e0的勻強電場中，見教材p24圖1。71,分析自由電子在電場中的移動情況。推進新課事件2教學任務:靜電平衡狀態(tài)下導體的電場師生活動：探究過程：理論探究靜電平衡的特點問題引導：（1)金屬導體的微觀結構如何?（2）導體處于電場中自由電子會怎樣移動?（3)自由電子會在什么地方積聚？（4）電子積聚會出現(xiàn)怎樣的結果？(5）最終出現(xiàn)什么現(xiàn)象？靜電感應現(xiàn)象：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，這種現(xiàn)象叫

4、靜電感應現(xiàn)象。當外電場撤掉，導體兩端電荷又中和，可見靜電感應現(xiàn)象中導體上凈電荷仍然為零。將不帶電的導體置于電場中時,導體內自由電荷受力，發(fā)生定向移動，從而重新分布.重新分布的電荷在導體內產生一個與原電場反向的電場，阻礙電荷定向移動，該電場與外電場疊加,使導體內部的電場減弱，只要內部場強不為零，導體兩面的正負電荷便繼續(xù)增加，導體的內部電場就會繼續(xù)削弱，直至導體內部的合場強都等于零的時候為止，這時導體內自由電子不再發(fā)生定向移動。強調：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內部場強處處為零。而且處于靜電平衡狀態(tài)的導體，電荷只能分布在導體外表面上。這是為什么呢？為了驗證這一點，可采用反證法，若導體內部有凈電荷，電荷

5、周圍有電場，那么導體內部電場強度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動。結論：1導體內自由電子不再定向移動的狀態(tài)-_。交流與討論：靜電平衡狀態(tài)導體有哪些特點？結論：2靜電平衡狀態(tài)導體的特點：(1)導體內部場強處處為_；(2）導體是等勢體，表面為_；（3)導體外部表面附近場強方向與該點的表面_.參考描述：導體中(包括表面)沒有電荷定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。處于靜電平衡狀態(tài)導體的性質(1）導體內部的場強處處為零。（2）導體表面上任何一點的場強方向跟該點的表面垂直.如圖，在靜電感應時用手摸一下導體，再移走源電荷，則導體帶什么電？若將導體接地，則情況如何?左端接地呢？事件3教學任務：研究靜電平衡時導體內部

6、的電荷分布師生活動：問題引導:在靜電平衡狀態(tài)下導體上的電荷是如何分布的？演示：研究靜電平衡時導體內部的電荷-法拉第圓筒實驗觀察與描述：現(xiàn)象：甲：a的箔片_乙:a的箔片_總結與歸納：學生歸納實驗結論，其他學生補充完善。結論：參考描述：帶電導體周圍的等勢面和電場線1導體內部沒有電荷，電荷分布在導體的外表面.2導體表面越尖銳的位置電荷越密集，凹陷的位置幾乎沒有電荷。事件4教學任務：尖端放電的應用避雷針師生活動:自主學習:閱讀課本，思考以下幾個問題：1導體尖端的電荷密度大，給周圍環(huán)境帶來了什么影響?2尖端放電現(xiàn)象給我們什么啟示？有哪些應用?演示尖端放電：導體尖端附近的電場特別強，它會導致一個重要的后果

7、，就是尖端放電。在導體尖端附近放一根點燃的蠟燭，當我們不斷給導體充電的時候，火焰就好像被風吹動一樣朝背離尖端的方向偏移。這就是尖端放電引起的后果。等電位圖原因：因為在尖端附近強電場的作用下，空氣中殘留的離子會發(fā)生激烈的運動。在激烈的運動過程中它們和空氣分子相碰時，會使空氣分子電離，從而產生大量新的離子，這就使空氣變得易于導電。與尖端上電荷同號的離子受到排斥而飛向遠方，蠟燭的火焰偏移就是受到這種離子形成的“電風”吹動的結果。在強電場作用下,物體曲率大的地方（如尖銳、細小的頂端,彎曲很厲害處)附近，等電位面密，電場強度劇增，致使這里空氣被電離而產生氣體放電現(xiàn)象，稱為電暈放電。而尖端放電為電暈放電的

8、一種,專指尖端附近空氣電離而產生氣體放電的現(xiàn)象.討論與交流：閃電防護雷鳴電閃時在室外的人，為防雷擊，應當遵從四條原則。避雷針1一是人體應盡量降低自己，以免作為凸出尖端而被閃電直接擊中，所以人長得高還是一件非常痛苦的事情。2二是人體與地面的接觸面要盡量縮小以防止因“跨步電壓造成傷害。所謂跨步電壓是雷擊點附近，兩點間有很大的電位差，如若人的兩腳分得很開，分別接觸相距遠的兩點，則兩腳間便形成較大的電位差，有強電流通過人體使人受傷害.3第三是不可到孤立大樹下和無避雷裝置的高大建筑體附近,不可手持金屬體高舉頭頂。4第四是不要進水中,因水體導電好，易遭雷擊?？傊?，應當?shù)捷^低處,雙腳合攏地站立或蹲下，以減少

9、遭遇雷的機會。事件5導體腔內的電場同樣為零教學任務:靜電屏蔽師生活動1理解:處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內部的場強處處為零.因此，可利用金屬外殼或金屬網封閉某一區(qū)域不再受外界電場的影響,這一現(xiàn)象稱靜電屏蔽.2兩種情況：金屬內部空間不受殼外部電場的影響；接地的封閉的導體殼內部電場對殼外空間沒有影響。演示：使帶電的金屬球靠近驗電器,但不接觸，箔片是否張開？解釋看到的現(xiàn)象。如圖，用金屬網把驗電器罩起來,再使帶電金屬球靠近驗電器,觀察箔片是否張開。這個現(xiàn)象說明什么問題？靜電屏蔽思維拓展：靜電屏蔽還有哪些應用？應用：電學儀器和電子設備外面套有金屬罩通信電纜版面包一層鉛皮高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網衣通訊工具在鋼

10、筋結構房屋中接收信號弱靜電屏蔽的應用事件6教學任務：探究：生活中我們見到的哪些帶靜電的現(xiàn)象是有益的，我們是怎樣利用的？師生活動參考描述：1火花放電是指物體上積累了電荷，且放電時出現(xiàn)火花的放電現(xiàn)象；接地放電是指為了防止物體上過量積累電荷，而用導體與大地連接，把電荷接入大地進行時時放電的現(xiàn)象；地球是良好的導體，由于它特別大，所以能夠接受大量電荷而不明顯地改變地球的電勢，這就如同從海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明顯改變海平面的高度一樣。如果用導線將帶電導體與地球相連，電荷將從帶電體流向地球，直到導體帶電特別少，可以認為它不再帶電.（如果導體帶正電，實際上是自由電子從大地流向導體。這等效于正電荷從導

11、體流向大地。）生產中和生活實際中往往要避免電荷的積累，這時接地是一項有效措施。汽車拖的鐵鏈能把電荷導入大地2尖端放電的原理：物體表面帶電密集的地方-尖端，電場強度大，會把空氣分子“撕裂”變?yōu)殡x子，從而導電。3可以應用到避雷針上；避雷針的發(fā)展史介紹富蘭克林與國王的避雷針“尖端”與“圓端之爭.4靜電除塵，靜電復印，靜電噴漆.5靜電產生的火花能引起火災，如油罐、紡織廠、危險制品等地方都必須避免靜電。課堂鞏固與反饋事件7 典型例題1一個空腔金屬球，球殼有一定厚度，球心處有一個負點電荷，a、b、c、d四點分別位于空腔、球殼、球的外表面、球外，如圖所示，試比較四點的場強大小。典型例題2如圖所示，長為l的導

12、體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的正點電荷放在距棒左端r處。當達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內中點處產生的電場的大小_，方向_.事件8教學任務：引導學生從知識、方法、情感三個側面小結本節(jié)課的學習活動。1復習本節(jié)教材.2完成課本課后問題與練習。7靜電現(xiàn)象的應用一、靜電感應現(xiàn)象：放入電場中的導體，其內部的自由電子在電場力的作用下向電場的反方向做定向移動，致使導體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負電荷。這種現(xiàn)象叫靜電感應現(xiàn)象。二、靜電平衡狀態(tài)：導體中(包括表面）沒有電荷定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。處于靜電平衡狀態(tài)導體的性質（1）導體內部的場強處處為零。（2）導體表面上任何一點的場強方向跟該點的表面

13、垂直。(3)導體所帶的凈電荷只分布在導體的外表面上，導體內部沒有凈電荷.（4)處于靜電平衡狀態(tài)的導體是等勢體，導體表面是等勢面。三、靜電屏蔽:具有空腔的金屬導體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導體內部場強為零，而且腔內場強也為零，因而置于腔內的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。課題1：收集電火花引起爆炸的事例,結合周圍的實際情況,說明應該采取哪些安全措施來避免引起類似的事故。課題2：觀察你家鄉(xiāng)的高層建筑、高大電線桿和其他建筑的避雷裝置，寫成簡單的調查記錄。過程：通過實際調查，結合上網查找資料,收集有關信息，聯(lián)系教材本章內容深入了解靜電的危害?？梢栽谧灾餮芯康幕A上分小組進行交流，形成統(tǒng)一意見后

14、，各小組派代表向全班同學匯報。本節(jié)課引領學生走進電學、了解電學的基本現(xiàn)象，激起對電現(xiàn)象的濃厚興趣，為達到上述目的，教學設計中讓學生盡量多地參與到課堂活動中來，充分調動眼、耳、口、手、腦等感官，靈活組合自主、探究、合作的學習方式,以豐富多彩的視頻、圖片、課件、實驗輔助教學，在趣味學習活動中穿插課堂訓練和檢測，貫徹了快樂學習的理念.靜電除塵經濟的高速發(fā)展，意味著人們將越來越多的礦物資源轉化為工業(yè)原材料和產品,同時將越來越多的廢棄物排向大自然.從工廠的煙囪中冒出的滾滾濃煙中就含有大量顆粒狀粉塵,它們嚴重污染了環(huán)境，影響到作物的生長和人類的健康。采用除塵技術以后，從煙囪的排放物中,再也看不到濃黑的煙霧

15、了。靜電除塵是被人們公認的高效可靠的除塵技術。我們先在實驗室內模擬一下靜電除塵的全過程。在模擬煙囪內，可以看到,有煙塵從“煙囪”上飄出。加上電源，煙囪上面的煙塵不見了.如果撤去電源，煙塵又出現(xiàn)在我們眼前。（如圖）通了電以后，粉塵哪里去了呢？我們先來看看靜電除塵裝置的結構。在煙囪的軸線上，懸置了一根導線，稱之謂電暈線;在煙囪的四周設置了一個金屬線圈，我們稱它為集電極。直流高壓電源的正極接在線圈上，負極接在電暈線上，如圖所示?？梢钥闯?，接通電源以后,集電極與電暈線之間就建立了一個非均勻電場，電暈線周圍電場最大.改變直流高壓電源的電壓值，就可以改變電暈線周圍的電場強度。當實際電場強度與空氣的擊穿電場

16、相近時空氣發(fā)生電離，形成大量的正離子和自由電子。自由電子隨電場向正極飄移，在飄移的過程中和塵埃中的中性分子或顆粒發(fā)生碰撞，這些粉塵顆粒吸附電子以后就成了荷電粒子，這樣就使原來中性的塵埃帶上了負電。在電場的作用下，這些帶負電的塵埃顆粒繼續(xù)向正極運動，并最后附著在集電極上.(集電極可以是金屬線圈，也可以是金屬圓桶壁）當塵埃積聚到一定程度時，通過振動裝置,塵埃顆粒就落入灰斗中.這種結構也稱管式靜電除塵器.如圖所示。靜電復印隨著經濟的增長和科學技術的發(fā)展，復印機已越來越普及，文件、材料和圖紙等放進復印機，一會兒就可復制出若干份來,真是大大減輕了手工勞動,且又節(jié)省了時間.復印機大多是根據靜電原理設計的，

17、這里有一個小實驗可以說明靜電復印的基本原理：找一張舊的唱片，放在桌子上，用一塊綢布在上面迅速摩擦，這樣唱片由于摩擦而帶了靜電。然后用手指在唱片上“寫”上幾個字。當然,這些字人眼是看不見的。這樣靜電母板就做好了.接著在一張紙上放些面粉,并用嘴輕輕地將紙上的面粉均勻吹到唱片上，由于電荷具有吸引輕小物體的性質,唱片上有電荷的地方就吸上了較多面粉，而用手指寫過“字”的地方由于電荷通過人的手散失了,因此不能再吸引面粉。這樣在唱片上就將手指寫上的幾個字隱隱約約地顯現(xiàn)出來。這就是靜電復印基本原理的模仿實驗，你不妨可以試一試。在實際應用的靜電復印機中代替唱片的部件稱為硒鼓，字也不是用手寫的，而是用光照上的。當

18、硒鼓充電以后，經過光照處理,照光的部分電荷就會消失，文字、圖像等遮光的地方，電荷不會消失。當復印的黑粉撒到硒鼓上時，有文字、圖像的地方由于相對應的硒鼓帶電,可以吸引黑粉，這樣就可把原稿上的字或圖轉印到一張白紙上.教學設計(二)教學目標（1)知道靜電感應產生的原因，理解什么是靜電平衡狀態(tài);（2）理解靜電平衡時，凈電荷只分布在導體表面且內部場強處處為零;（3）知道靜電屏蔽及其應用。教學重點:靜電平衡狀態(tài)。教學難點:電場中導體的特點。教學方法：推理歸納法、問題解決法、實驗法.教具準備：驗電器、法拉第圓筒、有絕緣柄的金屬球一個、金屬網罩、收音機、感應起電機、導線若干.教學過程：（一）復習提問1什么是靜

19、電感應現(xiàn)象?2靜電感應現(xiàn)象的實質是什么？3在靜電感應時用手摸一下導體,再移走源電荷,則導體帶什么電？若將導體接地，則情況如何?左端接地呢？(二)新課教學1電場中的導體(1)金屬導體的特征：由做熱運動的正離子和做無規(guī)則熱運動的自由電子組成。(2)靜電感應現(xiàn)象：（3）問題：1.在源電荷的電場中引入金屬導體后會對空間各點的場強有影響嗎？2是什么作用使金屬內的電子定向移動的？此移動一直進行嗎？3靜電屏蔽后金屬導體內部有電場嗎？答:1。使空間電場重新分布。2源電荷的電場使導體內部自由電子定向移動.3靜電平衡狀態(tài)：導體(包括表面)中沒有電荷定向移動時的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài).沒有。2靜電平衡狀態(tài)下導體的特點（1)內部場強處處為零（若不為0，則自由電子將繼續(xù)移動直至合場強為0)。(2)導體中沒