第九章 静电场及其应用 学习活动设计十：尖端放电

第九章《静电场及其应用》学习活动设计十：尖端放电
　　课前准备：
　　1.了解避雷针装置
　　2.观察家用电磁灶打火装置。
　　课堂教学：
　　引导问题：静电平衡现象告诉我们，一个导体，不管原来是否带电，放入静电场以后，都会由于静电感应而使导体内电荷重新分布，并且只分布在导体的外表面，那么，对于形状不规则的导体，电荷在外壁上的分布有什么特点？
　　【任务情景一】
　　演示实验：
　　实验装置：一对小球形状的电极，和一对针尖状的电极，分别接在高压电源的两个电极上，调整两个电极间的距离相等。打开针尖状的电极的电源开关，逐渐调高电源电压，当针尖状的电极发生放电时，记下此时电压。再打开球形电极的电源，调节电源电压与针尖状的电极发生放电时电压相同。
　　【学习任务一】了解什么是尖端放电现象
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　提问1：描述你观察到的实验现象，并猜想原因。
　　预测学生讨论后汇报：两个针尖状电极，易发生放电现象。这说明放电现象与导体的形状有关，越尖锐的形状越容易发生放电。
　　提问2：为什么越尖锐的位置越容易发生放电现象？
　　引导学生分组讨论，并由小组代表发言
　　教师活动：导体外表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，周围的场强越大。
　　预测学生汇报：强电场会对空气中的带电粒子产生巨大的作用力，使空气分子的正负电荷分开，空气导电，产生电火花。
　　学生讨论后总结：
　　尖端放电现象的形成原因：导体尖端电荷密度很大，电场很强，强大的电场力，把空气分子的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。发生电离形成自由电子和带正电的离子，在强电场作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这种现象叫尖端放电。
　　【学习任务二】尖端放电的应用与防止
　　提问1：在生活中尖端放电有哪些应用？
　　预测学生回答：避雷针、电子打火灶
　　提问2：你知道避雷针是谁发明的吗？你能根据尖端放电原理，说明避雷针的工作原理吗？
　　预测学生回答：避雷针是美国科学家富兰克林发明的。是尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板相连，保持与大地的良好接触。当带电的雷雨去接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到使建筑物免遭雷击的目的。
　　提问3：在生活中有没有不利的尖端放电现象？该如何避免？
　　预测学生回答：验电器的金属杆上端是球状的，而不是尖状的。高压设备的表面尽量光滑
　　补充说明：尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面要尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电。
　　【学习小结】
　　1.知道什么是尖端放电现象
　　2.了解尖端放电的原理
　　3.在生活中会合理利用和避免尖端放电现象。
　　【学习评价自测】
　　在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电电极是针尖形状。这是为什么？
　　答案：因为针尖形状的放电电极，针尖处电荷密度大，尖端附近的电场特别强，极易发生尖端放电产生电火花，从而点燃气体。