高中物理人教版1第一章靜電場(chǎng)第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 全國(guó)一等獎(jiǎng)

第7節(jié)靜電屏蔽教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)目標(biāo)：

（1）了解導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應(yīng)現(xiàn)象；

（2）理解電場(chǎng)中處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)；

（3）了解靜電屏蔽現(xiàn)象。

2．能力目標(biāo)：

通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理，培養(yǎng)學(xué)生分析推理能力。

3．物理方法教育目標(biāo)：

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門(mén)學(xué)科，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)得到物理規(guī)律是進(jìn)行物理研究的重要方法。

二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

1．重點(diǎn)：靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性，即其電荷分布、電場(chǎng)分布等。

2．難點(diǎn)：運(yùn)用電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的成因。

三、教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)演示，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

四、教具

1．演示靜電感應(yīng)

起電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)一對(duì)、驗(yàn)電球、驗(yàn)電器兩個(gè)，帶有絕緣支架金屬球一個(gè)。

2．法拉第圓筒演示靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)凈余電荷

法拉第圓筒，驗(yàn)電器一個(gè)，驗(yàn)電球，起電機(jī)。

3．靜電屏蔽演示

金屬網(wǎng)罩一個(gè)，帶絕緣支架金屬球，驗(yàn)電器。

4．計(jì)算機(jī)、大屏幕，自制CAI課件五、教學(xué)過(guò)程

（一）視屏導(dǎo)入引入新課（激發(fā)學(xué)生興趣，討論引入）

帶電鳥(niǎo)籠中的鳥(niǎo)毫毛不損；帶電籠中的人安然無(wú)恙；遭雷擊中的客機(jī)上乘客無(wú)一傷亡，是什么在保護(hù)他們？

這就是我們要研究的靜電屏蔽現(xiàn)象，為了要探究其中的奧秘，我們必須先討論處于電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)。（二）新課教學(xué)

1．靜電感應(yīng)

（1）感應(yīng)起電的演示（演示實(shí)驗(yàn)和課件模擬）

實(shí)驗(yàn)1．感應(yīng)起電

利用起電機(jī)使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把感應(yīng)起電機(jī)靠近A擺放，且接觸良好。

將不帶電驗(yàn)電小球a先與B接觸，再與驗(yàn)電器金屬球D接觸，如此反復(fù)，可見(jiàn)D金屬箔張開(kāi)。同樣，可讓a與C接觸，再與E接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)E金屬箔也張開(kāi)。由此可知B、C兩端帶電。此時(shí)，若將a上電荷放掉，讓a與C接觸后與D接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)D金屬箔張角變小，可見(jiàn)B、C兩端電荷異號(hào)。

2．靜電感應(yīng)概念

（1）靜電感應(yīng)：放在靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體，它的自由電荷受電場(chǎng)力作用，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布，在其表面不同部分出現(xiàn)了正、負(fù)電荷的現(xiàn)象。

①根據(jù)電荷相互作用規(guī)律判斷電荷分布

根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，指出本實(shí)驗(yàn)中距A近端（B端）有與A異號(hào)的電荷，距A遠(yuǎn)端（C端）電荷與A同號(hào)。實(shí)驗(yàn)1中，可用驗(yàn)電小球與枕形導(dǎo)體中部（B、C的中間）接觸，再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器的金屬箔不張開(kāi)，說(shuō)明電荷分布在兩端。

②根據(jù)電勢(shì)高低判斷電荷分布

距A遠(yuǎn)近不同，電勢(shì)不同，而金屬導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力作用下由電勢(shì)低處運(yùn)動(dòng)至電勢(shì)高處。例如：若A帶正電，距A較遠(yuǎn)端的C端電勢(shì)比B端低，故電子向B端運(yùn)動(dòng)，B端帶負(fù)電荷。根據(jù)電荷守恒，C端帶正電荷。同理可分析A帶負(fù)電荷時(shí)，枕形導(dǎo)體上B端和C端的電荷分布。

（2）感應(yīng)電荷

靜電感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱為感應(yīng)電荷。

靜電場(chǎng)中導(dǎo)體上自由電荷受電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)，會(huì)不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去？

3．靜電平衡的機(jī)理（課件模擬感應(yīng)到平衡的過(guò)程）

導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，自由電荷受力，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布。重新分布的電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，阻礙電荷定向移動(dòng)，直至最后無(wú)電荷定向移動(dòng)為止，這時(shí)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與原電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。

①靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體上處處無(wú)電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。

②導(dǎo)體靜電平衡時(shí)的特征：導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。

4．靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)（課件系統(tǒng)總結(jié)）

（1）靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)：處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部處處場(chǎng)強(qiáng)為零，但導(dǎo)體表面場(chǎng)強(qiáng)不為零，表面上任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)表面垂直。

可用反證法證明，若不垂直，沿表面有切向分量，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。

（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上。

可采用反證法，若導(dǎo)體內(nèi)部有凈電荷，電荷周?chē)须妶?chǎng)，那么導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)2．法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)

先用起電機(jī)使筒A帶電，至A中箔片張開(kāi)為止，利用驗(yàn)電球B可先與A外表面接觸，再與驗(yàn)電器金屬球C接觸，反復(fù)幾次后，可明顯地看到C金屬箔張開(kāi)，可說(shuō)明A外表面有電荷。

若使B與A內(nèi)壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔將不張開(kāi)，可驗(yàn)證A內(nèi)壁無(wú)電荷。

（3）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，沿導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力與表面切向垂直，電場(chǎng)力做功為零。所以電勢(shì)差為零，表面是等勢(shì)面。導(dǎo)體內(nèi)部處處E=0，在任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力為零，任兩點(diǎn)等勢(shì)，所以導(dǎo)體是等勢(shì)體。

5．靜電屏蔽（計(jì)算機(jī)模擬并同學(xué)參與實(shí)驗(yàn)）

實(shí)驗(yàn)3．靜電屏蔽

先使A帶電，然后移近驗(yàn)電器B，由于靜電感應(yīng)，B的金屬箔片張開(kāi)，若把B置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片不張開(kāi)。

簡(jiǎn)單分析：金屬網(wǎng)罩內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。

任取一個(gè)導(dǎo)體殼，處于靜電場(chǎng)中，殼內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。

反證法：若有電場(chǎng)，電場(chǎng)線發(fā)自殼壁，終止于殼壁，與殼是等勢(shì)體相矛盾，這樣的電場(chǎng)線不存在。6．靜電屏蔽的應(yīng)用（學(xué)生討論，老師講解）

（1）電子儀器套有金屬外殼。

（2）通訊電纜外包了一層鉛皮。

（3）高壓電區(qū)電工穿的金屬絲制成的衣服。

7．回到課前的三個(gè)問(wèn)題（學(xué)生自己揭示奧秘）

帶電鳥(niǎo)籠中的鳥(niǎo)毫毛不損；帶電籠中的人安然無(wú)恙；遭雷擊中的客機(jī)上乘客無(wú)一傷亡，是什么在保護(hù)他們？

原來(lái)是金屬網(wǎng)或者金屬殼起到了屏蔽作用，使小鳥(niǎo)或人不受外電場(chǎng)的侵害。（三）例題精講

（四）課堂小結(jié)

1．靜電感應(yīng)：放在靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體，它的自由電荷受電場(chǎng)力作用，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布，在其表面不同部分出現(xiàn)了正、負(fù)電荷的現(xiàn)象。

2．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

基本特征：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零；電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。注意：這里的“場(chǎng)強(qiáng)”指的是合場(chǎng)強(qiáng)。

3．靜電屏蔽：導(dǎo)體殼可以使其內(nèi)部所包圍的區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。（五）互動(dòng)練習(xí)（見(jiàn)課件制作）六、教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1．導(dǎo)體的靜電平衡條件是本節(jié)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，可借助多媒體課件（或圖片）著重分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，指的是感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)與外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后，合場(chǎng)強(qiáng)為零，使學(xué)生真正理解靜電平衡條件，必須使他們清楚地知道推理過(guò)程。

2．導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的電荷分布規(guī)律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，因此必須重視實(shí)驗(yàn)，做好演示，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，然后再?gòu)撵o電平衡條件加以說(shuō)明，讓學(xué)生在理論和實(shí)際的結(jié)合中理解知識(shí)。

3．靜電屏蔽現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中有很多應(yīng)用，講解時(shí)要結(jié)合實(shí)際才能使學(xué)生真正理解。