《第5节 静电的利用与防护》示范课教学设计【物理鲁科版高中必修第三册（新课标）】

4/4第5节静电的利用与防护教学目标1.熟悉静电除尘、静电复印、静电喷漆、避雷针等静电利用和防护的工作原理。2.了解什么是静电平衡和静电屏蔽，知道静电平衡的特点。3.了解尖端放电的形成过程。教学重难点教学重点静电现象在实际中的利用与防护。教学难点静电除尘、静电复印、避雷针等静电利用与防护的工作原理。教学过程新课引入教师活动：展示打印机、油罐车、雷电，避雷针的图片。教师口述：我们知道雷电是一种静电现象，雷电有可能给人们的财产或安全带来一定的威胁，但人们可以通过一些措施来规避雷电可能产生的危害。当然静电也会给我们的生产和生活提供很多的便利。我们要怎样做到趋利避害呢？今天我们就来讨论静电的利用与防护。讲授新课一、静电的利用静电在生产和生活中有广泛的应用，下面我们来看这三个实例中是如何实现静电应用的。静电除尘金属丝A接高压电源负极，金属筒B接电源正极，当电压达到一定值时，金属丝（电晕极）与筒（收尘极）之间会形成很强的电场，使空气电离。含尘气体进入静电除尘筒后，大部分烟雾颗粒或粉尘会吸附在电离所产生的负电荷上，在电场力的作用下向金属筒运动，并落在金属筒上，经过净化的气体则从出口排出。静电喷雾喷口上的金属导流管接高压电源负极，被涂工件接高压电源正极并接地，这样在喷口和工件之间便形成了较强的静电场。当涂料从输料管进入导流管的喷口时，由于导流管极接上高压负极发生放电，周围产生密集的电荷，涂料微粒带上负电荷，在静电力和高压空气的作用下飞向工件，并均匀地吸附在工件表面。再经过干燥或加热，涂料固化成厚度均匀、质地坚固的涂层，这样喷涂工作便完成了。激光打印的过程1.充电：使用者通过计算机应用程序下达指令后，感光鼓上充满正电荷或负电荷。2.曝光：将打印机处理器处理好的图文资料通过激光束照射到感光鼓上，感光鼓表面被激光照射到的地方，其电荷被释放；没有照射到的地方，电荷依然存在。因而感光鼓上形成与图文对应的潜像。3.显像：让碳粉匣中的碳粉带上与静电潜像电性相反的电荷，当快速转动的感光鼓上的静电潜像经过碳粉匣时，便会吸附带异种电荷的碳粉，“显像”出图文影像。4.转像：纸张进入机器内部后，会带上大量跟吸附的碳粉相反的电荷，由于异种电荷相互吸引，感光鼓上的碳粉就“转像”到纸张上。二、静电的防护静电在某些情况下也会成为“隐形杀手”。防止静电危害的方法之一，是尽快把静电导入地下。避雷针雷击是怎样形成的当带电的云层接近地面时，由于静电感应，地面上的物体带异种电荷，这些感应电荷更多分布在高大建筑物、大树等突出的物体上。当电荷积累到一定程度时，这些物体与云层间形成很强的电场，使空气电离，在云层与地面之间产生强烈的火花放电，这就是雷击。避雷针的工作原理带电导体凸起而尖锐的地方电荷比较密集，其附近电场也较强，避雷针就是利用了这一特点。仔细观察就会发现，人们在高大建筑物中安装的避雷针都是尖端导体，这些避雷针会用符合规格的导线与埋在地下的接地装置连接起来。当带电云层接近时，避雷针上的感应电荷在其附近产生强电场，使避雷针与带电云层间的空气电离，电荷通过避雷针和符合规格的导线引入大地，从而达到保护建筑物的目的。电离导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。尖端放电那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。三、静电平衡由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷，这种现象叫静电感应。感应电荷在导体中产生反方向的附加电场。当附加电场和外电场大小相等时，导体内合场强为零，自由电荷的定向移动停止。导体中无电荷定向移动的状态，就叫静电平衡状态。教师活动：让学生根据视频和老师的讲解讨论分析静电平衡的特点。学生讨论并回答：导体内部电场为零，没有电场线。教师总结补充：静电平衡时导体内部没有电场，没有电场线，电荷都分布在导体表面，同时外电场的电场线与导体表面垂直。教师讲解：场强方向跟该点的表面若不垂直,则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。通过大量实验事实证明静电平衡时导体内部没有电荷，其电荷只分布在外表面。越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。四、静电屏蔽我们前面学了静电平衡知道处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场中的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？教师活动：通过视频我们知道，静电平衡时，导体内部场强处处为零，导体壳就可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。本质：感应电荷的电场和原来的电场相抵消。应用：电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。典型例题例1下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有()答案：AD例2请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C.小鸟停在