陜西省藍(lán)田縣城關(guān)中學(xué)人教版高中物理選修31教案1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

高中物理選修31教學(xué)設(shè)計(jì)§〖三維目標(biāo)〗知識(shí)與技能：1、通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特點(diǎn)。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)。3、了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象，關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象。過(guò)程與方法：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。情感態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察和推理，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法，以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度?！贾攸c(diǎn)和難點(diǎn)〗重點(diǎn)：掌握靜電平衡的概念，理解導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)難點(diǎn)：應(yīng)用靜電平衡的知識(shí)，認(rèn)識(shí)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)，尖端放電現(xiàn)象，靜電屏蔽現(xiàn)象〖教學(xué)用具〗多媒體電教設(shè)備，感應(yīng)起電機(jī)，法拉第圓筒，靜電計(jì)，帶絕緣柄金屬球，感應(yīng)圈，金屬網(wǎng)罩，絕緣底座，驗(yàn)電羽等〖教學(xué)過(guò)程〗引入新課：教師提問(wèn)：1．電場(chǎng)的基本性質(zhì)是什么？2．金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)如何？3、將金屬導(dǎo)體放入電場(chǎng)中自由電子會(huì)怎樣移動(dòng)？學(xué)生活動(dòng)回答1：對(duì)放入其中的電荷有力的作用?；卮?：金屬導(dǎo)體中原子由原子核和電子組成，離原子核較遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，成為自由電子，失去這種電子的原子便成為帶正電的離子。回答3：導(dǎo)體內(nèi)自由電子會(huì)因受到與場(chǎng)強(qiáng)方向相反的電場(chǎng)力的作用而向場(chǎng)強(qiáng)的反方向定向移動(dòng)。過(guò)渡語(yǔ)：在電場(chǎng)中的導(dǎo)體沿著電場(chǎng)強(qiáng)度方向兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。那么，由于電荷的移動(dòng)，導(dǎo)體的電場(chǎng)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(dǎo)體的電場(chǎng)1：靜電平衡狀態(tài)出示問(wèn)題．電子的聚集會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？．電子是否會(huì)永遠(yuǎn)這樣定向運(yùn)動(dòng)下去？．最終會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？學(xué)生分組討論每一小組由一位同學(xué)陳述小組討論的結(jié)果?；卮穑簩?dǎo)體兩面出現(xiàn)的正負(fù)電荷會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場(chǎng)方向相反的感生電場(chǎng)。這兩個(gè)電場(chǎng)疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)減弱。回答：只要導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)不為零，自由電子就會(huì)繼續(xù)做定向移動(dòng)。導(dǎo)體兩面的正負(fù)電荷就會(huì)繼續(xù)增加，導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)會(huì)進(jìn)一步削弱，直到導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)等于零為止。回答：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)。教師畫(huà)圖闡述：當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)的自由電子（包括表面）不再發(fā)生定向移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。2：靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn)教師不再通過(guò)提問(wèn)的方式來(lái)解決問(wèn)題，而是放開(kāi)手腳讓學(xué)生自由討論發(fā)揮，但提示學(xué)生可以先從導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)這個(gè)方面去思考。（當(dāng)學(xué)生回答內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn)時(shí)，教師順?biāo)浦厶岢鰧?dǎo)體外部場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn)）學(xué)生1回答：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零學(xué)生2回答：靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直。提問(wèn)：導(dǎo)體外部場(chǎng)強(qiáng)為什么有這樣的特點(diǎn)？提示學(xué)生可以用反證法回答：假如不是這樣，場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)有一個(gè)沿導(dǎo)體表面的分量，導(dǎo)體上的自由電子就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，這就不是平衡狀態(tài)了。電勢(shì)的特點(diǎn)提示學(xué)生根據(jù)已學(xué)過(guò)的關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系來(lái)探究電勢(shì)的特點(diǎn)學(xué)生3回答：根據(jù)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可知，若場(chǎng)強(qiáng)處處為零，則任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零，也就是導(dǎo)體上各點(diǎn)間的電勢(shì)都相等。所以，處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，它的表面是個(gè)等勢(shì)面?；卮穑杭偃绮皇沁@樣，某兩點(diǎn)間就會(huì)存在電勢(shì)差，就有電場(chǎng)線的存在，導(dǎo)體上的自由電子就還會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，這就不是平衡狀態(tài)了。闡述：地球是個(gè)極大的導(dǎo)體，可以認(rèn)為處于靜電平衡狀態(tài)，所以它是一個(gè)等勢(shì)體，這是我們可以把大地選做零電勢(shì)體的一個(gè)原因。鞏固練習(xí)例1：如圖所示,帶正電的導(dǎo)體球A置于原來(lái)不帶電的空腔導(dǎo)體球B內(nèi)，a?c分別為導(dǎo)體A?B內(nèi)的點(diǎn),b為導(dǎo)體A和B之間的一點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是()A.a?b?c三點(diǎn)的電勢(shì)都相等B.a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零,但電勢(shì)最高C.b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零,但電勢(shì)大于零D.a?b?c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都為零答案:B例2:如圖，長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點(diǎn)電荷放在距棒左端為R的某點(diǎn).當(dāng)達(dá)到靜電平衡時(shí)，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的大小為多大?方向如何？根據(jù)導(dǎo)體靜電平衡的特點(diǎn)，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與電電荷在此點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向所以答案為：,方向水平向左。二、導(dǎo)體上電荷的分布演示課本26頁(yè)的法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)提問(wèn)1：由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能得到什么結(jié)論？為什么？學(xué)生1回答：靜電平衡狀態(tài)下帶電導(dǎo)體的電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面學(xué)生2回答：因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)就不可能為零。提問(wèn)2：帶電導(dǎo)體的電荷是否均勻分布在導(dǎo)體的外表面？乙圖，一頭大一頭小的導(dǎo)體電荷在外表面分布的情況學(xué)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(jié)：靜電平衡時(shí)，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，內(nèi)部沒(méi)有電荷；在導(dǎo)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(méi)有電荷。三、尖端放電演示尖端放電的實(shí)驗(yàn)閱讀課本25頁(yè)尖端放電內(nèi)容并用自己的語(yǔ)言復(fù)述尖端放電的原因及其應(yīng)用（避雷針、燃?xì)庠詈腿細(xì)鉄崴髦械碾娮狱c(diǎn)火器等）和防止（實(shí)驗(yàn)中帶電金屬球和高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面要十分光滑等）四、靜電屏蔽讓學(xué)生閱讀課本26頁(yè)靜電屏蔽的內(nèi)容并討論靜電平衡條件下帶空腔的導(dǎo)體電荷的分布及導(dǎo)體殼壁內(nèi)和空腔內(nèi)電場(chǎng)情況，最后由學(xué)生得出靜電屏蔽的概念。演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證靜電屏蔽的應(yīng)用：電子儀器設(shè)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(dǎo)線等等都是用來(lái)防止外界電場(chǎng)干擾的屏蔽措施。例三：如圖,將一個(gè)帶正電的小球A用絕緣細(xì)線懸掛放入一個(gè)不帶電的空心金屬球殼內(nèi).現(xiàn)用一個(gè)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?yàn)锽電荷形成電場(chǎng),金屬