高中物理人教版1第一章静电场第7节静电现象的应用 全国一等奖

第7节静电屏蔽教学设计一、教学目标

1．知识目标：

（1）了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；

（2）理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；

（3）了解静电屏蔽现象。

2．能力目标：

通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。

3．物理方法教育目标：

物理学是以实验为基础的一门学科，通过物理实验得到物理规律是进行物理研究的重要方法。

二、教学重点、难点

1．重点：静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等。

2．难点：运用电场有关知识，分析实验现象的成因。

三、教学方法

实验演示，计算机辅助教学

四、教具

1．演示静电感应

起电机，感应电机一对、验电球、验电器两个，带有绝缘支架金属球一个。

2．法拉第圆筒演示静电平衡导体内部无净余电荷

法拉第圆筒，验电器一个，验电球，起电机。

3．静电屏蔽演示

金属网罩一个，带绝缘支架金属球，验电器。

4．计算机、大屏幕，自制CAI课件五、教学过程

（一）视屏导入引入新课（激发学生兴趣，讨论引入）

带电鸟笼中的鸟毫毛不损；带电笼中的人安然无恙；遭雷击中的客机上乘客无一伤亡，是什么在保护他们？

这就是我们要研究的静电屏蔽现象，为了要探究其中的奥秘，我们必须先讨论处于电场中导体的特点。（二）新课教学

1．静电感应

（1）感应起电的演示（演示实验和课件模拟）

实验1．感应起电

利用起电机使绝缘金属球带电，从而产生电场，把感应起电机靠近A摆放，且接触良好。

将不带电验电小球a先与B接触，再与验电器金属球D接触，如此反复，可见D金属箔张开。同样，可让a与C接触，再与E接触，反复几次，可见E金属箔也张开。由此可知B、C两端带电。此时，若将a上电荷放掉，让a与C接触后与D接触，反复几次，可见D金属箔张角变小，可见B、C两端电荷异号。

2．静电感应概念

（1）静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。

①根据电荷相互作用规律判断电荷分布

根据同性相斥、异性相吸的原理，指出本实验中距A近端（B端）有与A异号的电荷，距A远端（C端）电荷与A同号。实验1中，可用验电小球与枕形导体中部（B、C的中间）接触，再与验电器接触，验电器的金属箔不张开，说明电荷分布在两端。

②根据电势高低判断电荷分布

距A远近不同，电势不同，而金属导体中自由电子在电场力作用下由电势低处运动至电势高处。例如：若A带正电，距A较远端的C端电势比B端低，故电子向B端运动，B端带负电荷。根据电荷守恒，C端带正电荷。同理可分析A带负电荷时，枕形导体上B端和C端的电荷分布。

（2）感应电荷

静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。

静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动，会不会一直运动下去？

3．静电平衡的机理（课件模拟感应到平衡的过程）

导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷产生的电场与原电场的合场强为零。

①静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。

②导体静电平衡时的特征：导体内部场强处处为零。

4．静电场中导体的特点（课件系统总结）

（1）静电场中导体的特点：处于静电平衡状态，内部处处场强为零，但导体表面场强不为零，表面上任一点场强方向与该点表面垂直。

可用反证法证明，若不垂直，沿表面有切向分量，电荷将发生定向移动。

（2）处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。

可采用反证法，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动。

实验2．法拉第圆筒实验

先用起电机使筒A带电，至A中箔片张开为止，利用验电球B可先与A外表面接触，再与验电器金属球C接触，反复几次后，可明显地看到C金属箔张开，可说明A外表面有电荷。

若使B与A内壁接触后再与C接触，则C金属箔将不张开，可验证A内壁无电荷。

（3）处于静电平衡状态的导体是个等势体，导体表面是等势面，沿导体表面移动电荷，电场力与表面切向垂直，电场力做功为零。所以电势差为零，表面是等势面。导体内部处处E=0，在任意两点间移动电荷，电场力为零，任两点等势，所以导体是等势体。

5．静电屏蔽（计算机模拟并同学参与实验）

实验3．静电屏蔽

先使A带电，然后移近验电器B，由于静电感应，B的金属箔片张开，若把B置于金属网罩中，可发现B的金属箔片不张开。

简单分析：金属网罩内无电场。

任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。

反证法：若有电场，电场线发自壳壁，终止于壳壁，与壳是等势体相矛盾，这样的电场线不存在。6．静电屏蔽的应用（学生讨论，老师讲解）

（1）电子仪器套有金属外壳。

（2）通讯电缆外包了一层铅皮。

（3）高压电区电工穿的金属丝制成的衣服。

7．回到课前的三个问题（学生自己揭示奥秘）

带电鸟笼中的鸟毫毛不损；带电笼中的人安然无恙；遭雷击中的客机上乘客无一伤亡，是什么在保护他们？

原来是金属网或者金属壳起到了屏蔽作用，使小鸟或人不受外电场的侵害。（三）例题精讲

（四）课堂小结

1．静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。

2．静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。

基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零；电荷只分布在导体的外表面。注意：这里的“场强”指的是合场强。

3．静电屏蔽：导体壳可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。（五）互动练习（见课件制作）六、教学设计说明

1．导体的静电平衡条件是本节的重点，也是难点，可借助多媒体课件（或图片）着重分析导体在电场中达到静电平衡的过程，强调导体处于静电平衡时，内部场强处处为零，指的是感应电荷的场强与外电场的场强叠加后，合场强为零，使学生真正理解静电平衡条件，必须使他们清楚地知道推理过程。

2．导体达到静电平衡状态时的电荷分布规律是在实验的基础上总结出来的，因此必须重视实验，做好演示，使学生获得感性认识，然后再从静电平衡条件加以说明，让学生在理论和实际的结合中理解知识。

3．静电屏蔽现象在生产和生活中有很多应用，讲解时要结合实际才能使学生真正理解。