9.4静电的防止与利用 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

课题：《静电的防止与利用》教学设计
部别： 高中 年级： 高一 班级： 组别： 物理 教师：
日期：202 年 月 日 第 节
一、课标要求与解读
【课标要求】
了解生产生活中关于静电的利用与防护。
【课标解读】
1.通过对静电场中导体内部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征.
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。
二、教学内容与分析
【教材分析】
本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论,积极参与,体验探索自然规律的艰辛和喜悦,培养学生学习物理的兴趣,这也是新课改的重要内容.
本节教学设计的过程为:首先学生活动,对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论;然后学生归纳,教师总结得出静电平衡状态下导体的特点;最后通过例题巩固加深理解。
【学情分析】
《静电的防止与利用》是本章的难点内容,概念规律非常抽象.学生只有在老师的指导下参与探究全过程,才能深刻理解静电平衡状态下导体的特点、规律,克服思维定势的负迁移和主观臆断的不良倾向,培养学生认真严谨的科学探究品质。
三、核心素养
物理观念：通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程。
科学思维：掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程。
科学探究：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征。
科学态度与责任：经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度。
四、教学重点与难点
【教学重点】
掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征。
【教学难点】
应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象。
五、教学方法
讲授、讨论、谈话、练习
六、教学准备
多媒体课件
七、课时安排
1课时
八、教学过程
教学过程
教学环节 师生活动
导入新课 拿两个手机,(1)把其中一个手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住,用另一个手机给该手机打电话,还能接通吗 (2)放在塑料饭盒中呢 [现象] 手机放在塑料饭盒中能够接通,放在不锈钢快餐杯中不能接通. 教师:你们中有谁能解释一下什么原因吗 学生五花八门的回答. 教师点评:还是我来解释一下吧!这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽,手机无法接收到外界的电磁信号,所以不能接通.今天这节课我们就来学习产生静电屏蔽现象的原因
讲授新课 1.静电平衡 教师:我们在初中学过导体,导体具有什么特征呢 学生:金属导体是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则的热运动的自由电子组成的. 教师:把导体放进电场中,导体内部的自由电子做何种运动呢 [footnoteRef:0]学生:自由电子受到静电力的作用,除了做无规则的运动,还要向电场的反方向做定向移动. [0:
] 教师利用电脑进行动画模拟静电感应过程,介绍静电感应. 教师:什么是静电感应 学生:把金属导体放入电场中,导体内部的电荷在静电力的作用下重新分布的现象,叫静电感应. 教师引导学生分析教材第18页的图9.41,如图(甲)、图(乙)及图(丙),结合动画模拟过程,介绍静电平衡状态. 教师:请同学们分析一下什么是静电平衡状态 学生:由上面的分析可以知道,处于电场中的导体内部的电荷在静电力的作用下定向移动,直到导体内部各点的电场强度E=0为止,导体内的自由电子不再发生定向移动,我们把这种状态叫做静电平衡状态. [演示实验] 如图,把导体安放在绝缘支架上,并使导体带电.然后用带绝缘柄的验电球P接触它的A点,再与验电器接触,检验A点带电情况.按同样的方法也可以检验B点、C点的带电情况.不管导体以前是否带有电荷,当导体处于静电平衡时,它都有什么特征 (设计意图:通过实验,让学生了解电荷的分布情况.) 实验结论:C点带电最多,凹槽内不带电. 学生总结:(1)处于静电平衡状态的导体,内部无电荷,电荷只分布在外部. (2)处于静电平衡状态的导体,外表面电荷的分布规律为越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷. [归纳总结] (1)静电感应现象:处于电场中的导体,由于静电力的作用,电荷出现重新分布的现象. (2)静电平衡状态:导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态. (3)静电平衡状态的特征 ①处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为0. ②处于静电平衡状态的导体,外部表面附近任何一点的电场强度方向必与该点的表面垂直. (4)导体上电荷的分布 ①导体内部没有净剩电荷,电荷只分布在导体的外表面. ②在导体外表面,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. [巩固练习] 一金属球,原来不带电,现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图所示.金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a,b,c三点的电场强度大小分别为Ea,Eb,Ec,三者相比,则(　C　) A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec [footnoteRef:1]解析:处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零,故a,b,c三点的电场强度都为零.导体内部电场强度都为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果,所以感应电荷在球内某点产生的电场的电场强度与MN在这一点形成的电场的电场强度等大、反向.比较a,b,c三点感应电场的电场强度,实质上是比较带电体MN在这三点的电场强度.由于c点离MN最近,故MN在c点的电场强度最大,感应电荷在c点电场强度也最大.故选C. [1:
] 2.尖端放电、静电屏蔽和静电吸附 教师:什么是电离 学生:在一定条件下,导体尖端的电荷密度很大,周围的电场强度很强,使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象. 教师:什么是尖端放电 学生:导体尖端周围的强电场使附近的空气电离,电离后的异种离子与尖端上的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象. 教师:尖端放电有哪些应用和防止 学生:应用:避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施.防止:高压设备中导体的表面尽量光滑以减少电能的损失. 教师:请简述一下避雷针的工作原理. 学生:当带电的雷雨云接近建筑物时,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,达到避免雷击的目的. 教师:什么是静电屏蔽 学生:静电平衡时,导体壳内空腔里的电场强度处处为0,外电场对壳内不会产生影响. 教师:静电屏蔽有哪些应用 学生:(1)电学仪器和电子设备外面会有金属罩,通讯电缆外面包一层铅皮,可以防止外电场的干扰. (2)电工高压带电作业时,穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业. [案例分析] 为什么安装了防盗网的室内手机信号不好,没安防盗网的室内手机信号好 学生独立思考后分小组讨论并得出结论. 学生:若把手机放入金属网罩中,金属网罩对手机信号起到屏蔽作用,安装防盗网对手机信号有一定影响,故安装了防盗网的室内手机信号不如没安防盗网的室内手机信号好. 教师:静电虽然会有危害但也可以利用,请同学们从教材中总结一下静电吸附的应用有哪些 学生:(1)静电除尘(2)静电喷漆(3)静电复印(4)静电植绒(5)静电分选. [归纳总结] (1)电离:在一定条件下,导体尖端的电荷密度很大,周围的电场强度很强,使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象. (2)尖端放电:导体尖端周围的强电场使附近的空气电离,电离后的异种离子与尖端上的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象. (3)静电屏蔽:静电平衡时,导体壳内空腔里的电场强度处处为0,外电场对壳内不会产生影响. (4)尖端放电和静电屏蔽的应用、防止 ①尖端放电 a.应用:避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施. b.防止:高压设备中导体的表面尽量光滑以减少电能的损失. ②静电屏蔽的应用 a.电学仪器和电子设备外面会有金属罩,通讯电缆外面包一层铅皮,可以防止外电场的干扰. b.电工高压带电作业时,穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业. (5)静电吸附的应用:①静电除尘②静电喷漆③静电复印④静电植绒⑤静电分选. [footnoteRef:2][巩固练习] [2:
] 如图所示,A为空心金属球,B为金属球,A,B原来不带电,将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央,不接触A球,然后用手接触一下A球,再用手接触一下B球,再移走C球,则(　B　) A.A球带负电荷,B球带正电荷 B.A球带负电荷,B球不带电 C.A,B两球都带负电荷 D.A,B两球都带正电荷 解析:首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央,根据静电感应现象可知,A球内表面带负电荷,外表面带正电荷.用手接触A相当于把A接地,由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和,使A球外表面不带电,此时A球对外起静电屏蔽作用,A球内的电场不影响外部.用手接触B时,无电荷的转移,B球不带电.当带正电荷的C球从A球内移走后,A球内表面所带的负电荷移至外表面,所以此时A球带负电荷.由上述可知,选项B正确,A,C,D错误
课堂小结 1.静电平衡状态下导体的特点 ①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。 ②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。 2.静电平衡时导体上电荷的分布的特点 （1）静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 （2）在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。 3.尖端放电 4.静电屏蔽有两种情况: (1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响。 (2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间。 5.静电的利用 （1）静电除尘（2）静电喷漆（3）静电复印
板书 一、静电平衡 1.放入电场中的导体，最终会达到没有电荷定向移动的状态，这种状态叫静电平衡状态。 2.静电平衡状态下导体的特点 ①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。 ②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。 二、尖端放电 1.静电平衡时导体上电荷的分布的特点 （1）静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 （2）在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。 2.尖端放电 2.尖端放电 三、静电屏蔽 静电屏蔽有两种情况: (1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响。 (2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间。 四、静电的危害与利用