靜電現(xiàn)象的應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計新課程

1、 “靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計對選修3-1教材變動的理解：在前一輪的人教版課改教材中，對靜電知識的講解分為兩節(jié)：第四節(jié)、靜電屏蔽與第十一節(jié)、靜電的利用和防止。而新教材變?yōu)橐还?jié)（第七節(jié)），且內(nèi)容上僅涉及到靜電平衡狀態(tài)、靜電屏蔽、尖端放電（舊教材中為課后閱讀材料），刪除了靜電除塵、靜電的防止，靜電復(fù)印放在第二節(jié)科學(xué)漫步中。增添了一組實驗、處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點，科學(xué)漫步中增添了雷火煉殿，課后增加了習題。就內(nèi)容而言，新教材更加精練和新穎。突出了理論知識在實踐中的應(yīng)用這一主線，使學(xué)生感受到物理知識對科技進步、社會發(fā)展的影響。刪除的內(nèi)容則為學(xué)生的選擇性學(xué)習、個性的學(xué)習留有余地，反映出了新教材更注重基

2、礎(chǔ)、不求全、循序漸進的特點。就知識的得出過程來看，新教材通過推理、實驗研究得到物理規(guī)律，在推理的過程中應(yīng)用到了極端法，反證法、等效等科學(xué)方法。新教材更注重過程研究和科學(xué)方法的教育。課后習題（比如燃氣灶的點火一題）聯(lián)系生活，體現(xiàn)出了時代性，會引起學(xué)生對知識應(yīng)用社會的關(guān)注。教學(xué)設(shè)計說明：為了更好的發(fā)揮出本節(jié)知識和知識以外的價值，落實好三維目標，本節(jié)課采取教師引導(dǎo)，學(xué)生理論推理、實驗探究、實驗證明的方式進行。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點是本節(jié)的重點，難點是對靜電屏蔽、尖端放電的理解和應(yīng)用。本節(jié)課是對前六節(jié)知識（主要是靜電力、電場的疊加、電場線和等勢面的關(guān)系、靜電力做功）的一次綜合，學(xué)生在推理的過程中

3、對舊知識會有一個復(fù)習和應(yīng)用的過程。為了進一引起學(xué)生的性趣、加深對知識的理解，加入教師自行設(shè)計的六個實驗（人體帶電與放電、電荷分布特點、靜電屏蔽的另一種形式、尖端放電、避雷針避雷、靜電除塵）。為了使知識條理更清晰，將“導(dǎo)體上電荷的分布”這一標題的內(nèi)容變?yōu)殪o電平衡的一個特點，降低難度。靜電除塵雖然教材沒有涉及，但考慮到清潔環(huán)境、減少污染這一熱點話題，做簡單的介紹。對于新教材科學(xué)漫步中增添的內(nèi)容和舊教材中刪除的內(nèi)容，則留為課下內(nèi)容學(xué)生自行學(xué)習。本節(jié)力求課堂緊湊，內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，促進自主學(xué)習、積極參與。在探究的過程中讓學(xué)生掌握知識，體會到成功，會增強學(xué)生下一步學(xué)習的信心和熱情。本節(jié)

4、課的目的是：除了使學(xué)生掌握靜電的知識外，還掌握科學(xué)推理的一些方法，增強靜電實驗的技能。三維目標：知識與技能：1.正確理解靜電平衡的概念。2.理解處于靜電平衡的導(dǎo)體的特點。3.了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象。4.正確操作靜電實驗。過程與方法：將舊知識利用反證法、極端法、等效等科學(xué)方法推理出新知識，利用實驗探究電荷的分布特點、靜電屏蔽和尖端放電現(xiàn)象。情感、態(tài)度與價值觀：體會科學(xué)的價值和應(yīng)用，形成科技改變社會服務(wù)人類的認識。靜電平衡電場中的導(dǎo)體特點靜電現(xiàn)象的應(yīng)用實驗引入教學(xué)流程圖：教學(xué)過程一、 引入新課+圖1實驗1 人體帶電與放電。學(xué)生用手接觸范德格拉夫起電機的金屬球（圖1），接上電源起電機開始工作，隨

5、著金屬球上電荷的增多，學(xué)生的頭發(fā)開始豎起、發(fā)散。其他的同學(xué)為這一壯觀的現(xiàn)象所驚嘆！實驗成功，請另一位學(xué)生上來握手表示祝賀。兩們同學(xué)在握手時發(fā)生了放電現(xiàn)象，感到疼痛。其他學(xué)生聽到了響聲。平時也會經(jīng)常出現(xiàn)這種情況，可見，靜電現(xiàn)象就在我們的身邊。二、 進行新課E0圖2E0E=0-+圖4E0E- - -+ + +圖3首先得出靜電平衡狀態(tài)的概念。給出如圖2情境：將導(dǎo)體放在電場E0中，會出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象嗎？感應(yīng)電荷會一直增加嗎？最終穩(wěn)定時會是什么情況？學(xué)生分析：自由電子受靜電力作用會定向移動，形成感應(yīng)電苛，出現(xiàn)反向的電場E（圖3），當E0= E時，導(dǎo)體內(nèi)部E=0，自由電子不再移動。學(xué)生繪制出的最終情況如圖

6、4所示。教師給出靜電平衡狀態(tài)的定義：導(dǎo)體中（包括表面）沒有電荷定向移動的狀態(tài)。對此概念進行外延：一個孤立的帶電體是靜電平衡狀態(tài)嗎？學(xué)生分析：同種電荷互相排斥，分布在最外表面不再移動，是靜電平衡狀態(tài)。+圖5+接下來推理處于靜電狀態(tài)導(dǎo)體的特點。在圖4中學(xué)生已經(jīng)分析出特點1：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零。教師詢問：在內(nèi)部移動電荷，靜電力做功嗎？任意兩點間的電勢差是多少？電場線和等勢面有什么關(guān)系？學(xué)生研究教師的問題，根據(jù)前幾節(jié)的知識得出特點2：處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是一個等勢體，它的表面是個等勢面；特點3：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面任何一點的場強方向必跟該點的表面垂直。以上3點可學(xué)

7、生再用反證法進行證明。+圖6實驗2 研究電荷分布的特點。如圖5，用感應(yīng)起電機給法拉第圓筒帶電。學(xué)生提出實驗方案，并親自操作。學(xué)生進行了兩次對比實驗：先用帶絕緣柄的小球跟圓筒內(nèi)部接觸，再跟驗電器接觸，箔片不張開；再用小球跟圓筒外部接觸，此次箔片張開，說明電荷分布在導(dǎo)體的外表面。學(xué)生試著用理論解釋：電荷互相排斥，跑到最外表面。教師問：電荷在外表面的分布均勻嗎？請用實驗說明問題。學(xué)生：將法拉第圓筒換成不規(guī)則的導(dǎo)體，由一位同學(xué)重做實驗。如圖6所示，發(fā)現(xiàn)小球接觸導(dǎo)體的尖端后箔片張角最大，小球接觸導(dǎo)體的平滑部分后箔片張角小，說明在尖端電荷分布多。學(xué)生用極端的方法從理論上解釋：一枝縫衣針，帶電后由于同種電荷

8、相互推斥，電荷自然就補“擠”到針的兩端。由此得出特點4：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，且越尖銳的地方電荷的密度越大。最后講解靜電現(xiàn)象的應(yīng)用。理論知識是應(yīng)用的基礎(chǔ)，對應(yīng)靜電平衡狀態(tài)的特點都有其相應(yīng)的應(yīng)用。第1點，內(nèi)部的場強處處為零。將導(dǎo)體做成空腔的，內(nèi)部放上電學(xué)儀器就不會受外部電場的影響，這就是靜電屏蔽。-+圖7+-+圖8-+實驗3 研究靜電屏蔽現(xiàn)象。學(xué)生提出如圖7的實驗方案，用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近驗電器，驗電器由于靜電感應(yīng)箔片張開。保持橡膠棒與驗電器的位置不變，用金屬網(wǎng)罩將驗電器罩上，箔片馬上閉合。驗電器不再受外電場的影響。學(xué)生感受到知識的力量。金屬網(wǎng)罩上感應(yīng)電荷是怎樣分

9、布的呢？學(xué)生分析：靠近橡膠棒的一側(cè)帶正電，遠離橡膠棒的一側(cè)帶負電。網(wǎng)罩內(nèi)部場強為零。在此基礎(chǔ)上作為一種了解，教師給出靜電屏蔽的另一種情況。如圖8，將帶電體用接地的網(wǎng)罩罩起來，驗電器的箔片閉合。試對比兩種方式的差異。學(xué)生明白此現(xiàn)象后說出更多的應(yīng)用：高壓送電時上面的兩根保護線、維修高壓設(shè)備時工人穿的衣服、信號線路中的金屬膜、過地下通道時收音機信號弱等等。 對于特點2的應(yīng)用，地球是一個處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，各點電勢相同且很穩(wěn)定，所示通常選大地為零電勢點。而利用特點3可以畫出各種形狀導(dǎo)體周圍電場線的分布。+圖9 特點4的應(yīng)用。導(dǎo)體尖端的電荷密度大，場強大，空氣被電離，氣體中的異種電荷與尖端上的電荷中

10、和，同種電荷被排斥到遠處。這就相當于尖端的電荷通過空氣放掉，這種現(xiàn)象稱為尖端放電。 實驗4 研究尖端放電現(xiàn)象。如圖9，導(dǎo)體通過尖端放電，形成“靜電風”，蠟燭的火焰被吹偏。學(xué)生從中獲得感受和理解。尖端放電現(xiàn)象最重要的應(yīng)用就是用避雷針避雷。-。+圖11。+。-圖10實驗5 避雷針避雷。學(xué)生設(shè)計實驗?zāi)M雷電。如圖10所示，金屬板相當于云層，用紙包裹的導(dǎo)體相當于地面上的建筑物。用感應(yīng)起電機給兩導(dǎo)體帶電，靜電計指針張角大顯示兩導(dǎo)體間有很大的電壓。當金屬板與導(dǎo)體放電時，紙被燒焦，說明雷擊會損害建筑物。如何避免雷擊呢？請用實驗說明。學(xué)生修改實驗：在建筑物上放上直立的尖形導(dǎo)體，重做實驗，靜電計指針閉合。顯示出

11、云層與建筑物間的電荷已經(jīng)“悄悄”中和，云層上的電荷通過避雷針導(dǎo)入大地，避雷針起到放電的作用。教師接著引導(dǎo)，既然尖端能放電，那么帶電體要想很好的保存電荷應(yīng)該做成什么形狀呢？學(xué)生馬上明白應(yīng)是表面光滑的球形。靜電的應(yīng)用還有很多，比如靜電復(fù)印、靜電植絨、靜電噴涂、靜電除塵等，以上介紹的都是靜電的應(yīng)用。靜電的危害其實也很大，所以靜電的防止同樣重要。相關(guān)的內(nèi)容學(xué)生們課后再去學(xué)習。下面老師再為大家介紹一下靜電除塵。實驗6 靜電除塵。如圖11所示，瓶中充滿煙霧，中間和四周安有兩極，搖動起電機，在靜電力的作用下，煙霧消失了。該技術(shù)應(yīng)用于工廠，可大大減少空氣中的粉塵污染。進行本節(jié)課的鞏固練習。題1一個原來不帶電的

12、半徑為r的空心金屬球放在絕緣支架上，右側(cè)放置一個電荷量為+Q的點電荷，點電荷到金屬球表面的最近距離為2r。（1）標出金屬球在靜電平衡后左右兩側(cè)帶電的符號。（2）由于靜電感應(yīng)而在金屬球上出現(xiàn)了電荷，它們也在空間激發(fā)電場，這些感應(yīng)電荷在球心激發(fā)的電場強度大小等于多少？方向如何？（3）如果用導(dǎo)線的一端接觸球的左側(cè)，另一端接觸球的右側(cè)，導(dǎo)線是否能將兩側(cè)的電荷中和？為什么？學(xué)生：（1）由感應(yīng)起電知道空心金屬球右側(cè)帶負電，左側(cè)帶正電。（2）由特點1知道，E=kQ/9r2,方向向右指向點電荷。（3）由特點2知，金屬球兩側(cè)電勢差為零，電荷不能定向移動，所示兩側(cè)的電荷不能中和。通過本題使學(xué)生明白感應(yīng)電荷形成的電場的求法以及電荷是否移動的原因。題2 在燃氣灶和燃氣熱水器中，常常安裝電子點火器，接通電子線路時產(chǎn)生高電壓，通過高壓放電的電火花來點燃