陕西省蓝田县城关中学人教版高中物理选修31教案1.7静电现象的应用

高中物理选修31教学设计§〖三维目标〗知识与技能：1、通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特点。2、通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。3、了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。过程与方法：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。情感态度价值观：通过对实验的观察和推理，培养学生科学的研究方法，以及严谨认真的学习态度。〖重点和难点〗重点：掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特点难点：应用静电平衡的知识，认识导体的电荷分布特点，尖端放电现象，静电屏蔽现象〖教学用具〗多媒体电教设备，感应起电机，法拉第圆筒，静电计，带绝缘柄金属球，感应圈，金属网罩，绝缘底座，验电羽等〖教学过程〗引入新课：教师提问：1．电场的基本性质是什么？2．金属导体的微观结构如何？3、将金属导体放入电场中自由电子会怎样移动？学生活动回答1：对放入其中的电荷有力的作用。回答2：金属导体中原子由原子核和电子组成，离原子核较远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，成为自由电子，失去这种电子的原子便成为带正电的离子。回答3：导体内自由电子会因受到与场强方向相反的电场力的作用而向场强的反方向定向移动。过渡语：在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷的现象叫做静电感应。那么，由于电荷的移动，导体的电场将发生怎样的变化呢？新课内容：一、静电平衡状态下导体的电场1：静电平衡状态出示问题．电子的聚集会出现怎样的结果？．电子是否会永远这样定向运动下去？．最终会出现怎样的现象？学生分组讨论每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。回答：导体两面出现的正负电荷会在导体内部产生与原电场方向相反的感生电场。这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。回答：只要导体内部的合场强不为零，自由电子就会继续做定向移动。导体两面的正负电荷就会继续增加，导体内部的合场强会进一步削弱，直到导体内部的合场强等于零为止。回答：导体内的自由电子不再发生定向移动。教师画图阐述：当导体内的自由电子（包括表面）不再发生定向移动时，导体达到静电平衡状态。2：静电平衡状态下导体的特点场强的特点教师不再通过提问的方式来解决问题，而是放开手脚让学生自由讨论发挥，但提示学生可以先从导体内部的场强这个方面去思考。（当学生回答内部场强的特点时，教师顺水推舟提出导体外部场强的特点）学生1回答：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零学生2回答：静电平衡状态的导体，其外部的场强方向必跟该点的表面垂直。提问：导体外部场强为什么有这样的特点？提示学生可以用反证法回答：假如不是这样，场强就会有一个沿导体表面的分量，导体上的自由电子就会发生定向移动，这就不是平衡状态了。电势的特点提示学生根据已学过的关于电场强度与电势差的关系来探究电势的特点学生3回答：根据电势差与电场强度的关系可知，若场强处处为零，则任意两点间的电势差为零，也就是导体上各点间的电势都相等。所以，处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。回答：假如不是这样，某两点间就会存在电势差，就有电场线的存在，导体上的自由电子就还会发生定向移动，这就不是平衡状态了。阐述：地球是个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体，这是我们可以把大地选做零电势体的一个原因。巩固练习例1：如图所示,带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内，a､c分别为导体A､B内的点,b为导体A和B之间的一点,下列说法正确的是()A.a､b､c三点的电势都相等B.a点的场强为零,但电势最高C.b点的场强为零,但电势大于零D.a､b､c三点的场强都为零答案:B例2:如图，长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点.当达到静电平衡时，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强的大小为多大?方向如何？根据导体静电平衡的特点，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强与电电荷在此点产生的场强等大反向所以答案为：,方向水平向左。二、导体上电荷的分布演示课本26页的法拉第圆筒实验提问1：由实验现象能得到什么结论？为什么？学生1回答：静电平衡状态下带电导体的电荷只能分布在导体的外表面学生2回答：因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷，假如内部某处有净电荷，在它附近的场强就不可能为零。提问2：带电导体的电荷是否均匀分布在导体的外表面？乙图，一头大一头小的导体电荷在外表面分布的情况学生3回答：电荷分布不均匀，越尖的地方电荷分布越多，越平的地方电荷分布越少。教师总结：静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面，内部没有电荷；在导体外表面，越尖锐的的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。三、尖端放电演示尖端放电的实验阅读课本25页尖端放电内容并用自己的语言复述尖端放电的原因及其应用（避雷针、燃气灶和燃气热水器中的电子点火器等）和防止（实验中带电金属球和高压设备中导体的表面要十分光滑等）四、静电屏蔽让学生阅读课本26页静电屏蔽的内容并讨论静电平衡条件下带空腔的导体电荷的分布及导体壳壁内和空腔内电场情况，最后由学生得出静电屏蔽的概念。演示静电屏蔽实验进行验证静电屏蔽的应用：电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮，铁塔上方的两条导线等等都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。例三：如图,将一个带正电的小球A用绝缘细线悬挂放入一个不带电的空心金属球壳内.现用一个带正电小球B靠近金属球壳发现球A并不发生偏移,为什么呢?因为B电荷形成电场,金属