教學(xué)設(shè)計(jì) 靜電的防止與利用

1、9.4靜電的防止與利用【教材分析】本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修三第九章第四節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)的主要概念是靜電平衡，掌握靜電平衡的概念，理解靜電平衡的特征是本節(jié)的重點(diǎn)。應(yīng)用靜電平衡知識，認(rèn)識導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象是本節(jié)的難點(diǎn)。做好演示實(shí)驗(yàn)是這堂課的關(guān)鍵。金屬導(dǎo)體放在電場中，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)是一個(gè)非?？斓倪^程，但是對這一過程的分析卻十分重要。一定要帶領(lǐng)學(xué)生共同參與討論這一過程，使他們明白自由電荷不再定向移動(dòng)的條件。這樣做不僅突出了重點(diǎn)，也為突破難點(diǎn)打下基礎(chǔ)。帶電導(dǎo)體的電荷分布的兩個(gè)特點(diǎn)對于學(xué)生來說是十分深?yuàn)W的問題，必須通過實(shí)驗(yàn)才能加深認(rèn)識。靜電屏蔽現(xiàn)象以及靜電屏蔽的應(yīng)

2、用都必須做好演示實(shí)驗(yàn)。【教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件。2.掌握靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn)。3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。物理觀念：通過對靜電場中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，感受靜電平衡概念的建立過程?？茖W(xué)思維：掌握歸納、演繹推理的方法，訓(xùn)練學(xué)生的推理能力，親身感受知識的建立過程?？茖W(xué)探究：通過對靜電場中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】1、知道什么是靜電平衡狀態(tài)，理解處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特性。

3、（重點(diǎn)）2、知道什么是靜電屏蔽及其有關(guān)應(yīng)用。（重點(diǎn)）3、知道導(dǎo)體上電荷的分布規(guī)律。（難點(diǎn)）【教學(xué)過程】（一）新課導(dǎo)入（二）新課講解1、靜電平衡【教師引導(dǎo)】在圖中，導(dǎo)體中的自由電子怎么定向移動(dòng)？積聚在什么地方？電子的積聚出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？最終會出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？導(dǎo)體中的自由電子沿電場的反方向移動(dòng)；電子會積聚在導(dǎo)體左側(cè)；電子的積聚使導(dǎo)體左、右兩側(cè)出現(xiàn)等量異種電荷，使導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與方向相反的電場，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度削弱；當(dāng)與大小相等時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的合電場強(qiáng)度，最終導(dǎo)體中的自由電子不再定向移動(dòng)。【小結(jié)】1靜電感應(yīng)現(xiàn)象：放入電場中的導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體的兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。2靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)的

4、自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)?！窘處熝a(bǔ)充】靜電平衡的實(shí)質(zhì)（1）在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反，使合電場強(qiáng)度減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合電場強(qiáng)度逐漸減小，直至合電場強(qiáng)度為0，自由電荷的定向移動(dòng)停止。（2）靜電平衡的特點(diǎn)：導(dǎo)體內(nèi)部的合電場強(qiáng)度處處為0，即。2、尖端放電【教師引導(dǎo)】觀察課件上的尖端放電現(xiàn)象。導(dǎo)體尖端附近的電場特別強(qiáng)，它會導(dǎo)致一個(gè)重要的后果，就是尖端放電。再導(dǎo)體尖端附近放一根點(diǎn)燃的蠟燭。當(dāng)我們不斷給導(dǎo)體充電的時(shí)候，火焰就好像被風(fēng)吹動(dòng)一樣朝背離尖端的方向偏移。這就是尖端放電引起的后果?！窘處熝a(bǔ)充】因?yàn)?/p>

5、在尖端附近強(qiáng)電場的作用下空氣中殘留的離子會發(fā)生激烈的運(yùn)動(dòng)。在激烈的運(yùn)動(dòng)過程中它們和空氣分子相碰時(shí)，會使空氣分子電離，從而產(chǎn)生大量新的離子，這就使空氣邊得易于導(dǎo)電。與尖端上電荷同號的離子受到排斥而飛向遠(yuǎn)方，蠟燭的火焰偏移就是受到這種離子形成的“電風(fēng)”吹動(dòng)的結(jié)果?！窘處熖釂枴咳绾卫斫鈱?dǎo)體尖端附近的電場很強(qiáng)？回答：因?yàn)殡妶鼍€從正電荷出發(fā)終止于負(fù)電荷，所以電荷密度大的地方電場線必定密集，尖端附近電場線密集，則其附近電場強(qiáng)度大。【教師總結(jié)】1、尖端放電：導(dǎo)體尖端的強(qiáng)電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。2、尖端放電的應(yīng)用與防止（1）應(yīng)用：避雷針是利用尖端

6、放電避免雷擊的一種設(shè)施。（2）防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑，減少電能的損失。3、靜電屏蔽【教師引導(dǎo)】使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器，但不接觸，箔片是否張開？用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，觀察箔片是否張開?！窘處熝a(bǔ)充引導(dǎo)】靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零?！窘處熆偨Y(jié)】靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏

7、蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電屏蔽是激發(fā)電場與感應(yīng)電場疊加的結(jié)果，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體4、靜電吸附【教師總結(jié)】1靜電除塵：設(shè)法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極被收集起來。2靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。3靜電復(fù)印的工作過程：（1）充電：通過電源使有機(jī)光導(dǎo)體鼓帶上正電。（2）曝光：利用光學(xué)系統(tǒng)將原稿上字跡的像成在

8、有機(jī)光導(dǎo)體鼓上，有字跡的地方保留正電荷。（3）顯影：帶負(fù)電的墨粉被吸附在字跡成像處，顯示出墨粉組成的字跡。（4）轉(zhuǎn)?。簬д姷霓D(zhuǎn)印電極使白紙帶上正電，帶正電的白紙與有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面墨粉組成的字跡接觸，將帶負(fù)電的墨粉吸附在白紙上。（5）放電：使有機(jī)光導(dǎo)體放電，除去表面的殘余電荷。（三）典例分析（四）課堂練習(xí)（五）課堂小結(jié)【板書設(shè)計(jì)】9.4 靜電的防止與利用一、靜電平衡1靜電感應(yīng)現(xiàn)象：放入電場中的導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體的兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。2靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)。3導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度特點(diǎn)：內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0。二、尖端放電1電離：導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的

9、電場強(qiáng)度很大，空氣中的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，從而使空氣分子被撞“散”而使空氣分子中的正、負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。2尖端放電：導(dǎo)體尖端的強(qiáng)電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。3尖端放電的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑，減少電能的損失。三、靜電屏蔽1靜電屏蔽：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場處處為零，外電場對殼內(nèi)不會產(chǎn)生影響。2靜電屏蔽的應(yīng)用(1)把電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里。(2)野外三條輸電線上方架設(shè)兩條導(dǎo)線，與大地相連，把輸電線屏蔽起來。四、靜電吸附1靜電除塵：設(shè)法使空氣中的塵埃

10、帶電，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極被收集起來。2靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。3靜電復(fù)印的工作過程：（1）充電（2）曝光（3）顯影（4）轉(zhuǎn)?。?）放電【課后作業(yè)】【鞏固練習(xí)】1.如圖所示，為相互接觸的用絕緣支架支撐的金屬導(dǎo)體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，C是帶正電的小球，下列說法正確的是( )A.把C移近導(dǎo)體A時(shí)，上的金屬箔片都張開B.把C移近導(dǎo)體A后，先把分開，然后移去C，上的金屬箔片仍張開C.把C移近導(dǎo)體A后，先把C移走，再把分開，上的金屬箔片仍張開D.把C移近導(dǎo)體A后，先

11、把分開，再把C移走，然后重新讓接觸，A上的金屬箔片張開，B上的金屬箔片閉合2.先讓驗(yàn)電器帶上較少的負(fù)電荷，然后用綢布摩擦玻璃棒，玻璃棒帶上較多的正電荷?，F(xiàn)將玻璃棒從遠(yuǎn)處逐漸靠近驗(yàn)電器的金屬球，但不接觸，則可看到驗(yàn)電器的兩箔片( )A.合攏B.張角變得更大C.先合攏后又張開D.先張開更大角度后又合攏3.有三個(gè)完全相同的金屬球，A帶的正電荷，不帶電，現(xiàn)用相互接觸的方法使它們都帶電，則所帶的電荷量可能是( )A.，B.，C.，D.，4.將不帶電的導(dǎo)體A和帶有負(fù)電荷Q的導(dǎo)體B接觸后，導(dǎo)體A所帶的電荷量的情況為( )A.無法確定B.帶電荷量為C.帶電荷量為D.帶電荷量為5.不帶電的金屬導(dǎo)體P與帶正電的金

12、屬導(dǎo)體Q接觸之后也帶正電，原因是( )A.P有部分電子轉(zhuǎn)移到Q上B.Q有部分電子轉(zhuǎn)移到P上C.P有部分正電荷轉(zhuǎn)移到Q上D.Q有部分正電荷轉(zhuǎn)移到P上6.如圖所示，在玻璃管中心軸上安裝一根直導(dǎo)線，玻璃管外繞有線圈，直導(dǎo)線的一端和線圈的一端分別跟感應(yīng)圈的兩放電柱相連。開始，感應(yīng)圈未接通電源，點(diǎn)燃蚊香，讓煙通過玻璃管冒出。當(dāng)感應(yīng)圈電源接通時(shí)，玻璃管中的導(dǎo)線和管外線圈間就會加上高電壓，立即可以看到不再有煙從玻璃管中冒出來了。過一會兒還可以看到管壁吸附了一層煙塵，這是因?yàn)? )A.煙塵在高壓電場作用下帶上了負(fù)電B.煙塵在高壓電場作用下帶上了正電C.帶負(fù)電的煙塵吸附在管壁上，因此看不到有煙冒出D.帶正電的煙

13、塵吸附在直導(dǎo)線上，因此看不到有煙冒出7.一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細(xì)桿，如圖所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上三點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小分別為，三者相比，則( )A.最大B.最大C.最大D.8.請用學(xué)過的電學(xué)知識判斷下列說法正確的是( )A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B.制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C.小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死D.打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)9.如圖所示，用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則下面關(guān)于驗(yàn)電器箔片的說法正確的是( )A.箔片張開B.箔片不張開C.帶電金屬球的電荷量足夠大時(shí)箔片才會張開D.箔片張開的原

14、因是金屬網(wǎng)感應(yīng)帶電產(chǎn)生電場10.如圖所示是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，金屬板間有兩個(gè)等高的金屬體，A為尖頭、B為圓頭。將金屬板接在高壓電源上，逐漸升高電源電壓，將首先觀察到( )A.A放電B.B放電C.一起放電D.之間放電鞏固練習(xí)參考答案1.答案：AB解析：把帶正電的小球C移近A時(shí)，因靜電感應(yīng)，使中的自由電子向左移動(dòng)，使得A上積累了負(fù)電荷，B上積累了正電荷，它們下部的金屬箔片也分別帶上了與同種性質(zhì)的電荷。由于同種電荷間的斥力作用，所以金屬箔片都張開，選項(xiàng)A正確。C靠近后保持不動(dòng)，把分開，上的電荷因靜電感應(yīng)不可能中和，因而仍帶等量的異種感應(yīng)電荷，此時(shí)再移走C，因已經(jīng)分開，所帶電荷量不會變，金屬箔片

15、仍張開，選項(xiàng)B正確。把C移近導(dǎo)體A后先移走C，上的感應(yīng)電荷會中和，不再帶電，所以金屬箔片都不會張開，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。把C移近導(dǎo)體A后先把分開，再移走C，然后重新讓接觸，所帶的異種電荷馬上中和，金屬箔片都不會張開，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.答案：C解析：帶較多正電荷的玻璃棒從遠(yuǎn)處逐漸靠近驗(yàn)電器的金屬球的過程中，發(fā)生靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器兩箔片上的負(fù)電荷逐漸向金屬球移動(dòng)，兩箔片張角逐漸減小，兩箔片恰好不帶負(fù)電時(shí)合攏，玻璃棒繼續(xù)靠近金屬球，兩箔片上的電子繼續(xù)向金屬球移動(dòng)，兩箔片因缺少電子而帶上正電荷且電荷量逐漸增加，兩箔片張角逐漸增大，只有選項(xiàng)C正確。3.答案：AC解析：若三個(gè)球同時(shí)接觸，則每球各分得總電荷量的1/3，

16、所以A正確；BD選項(xiàng)中三個(gè)球所帶電荷量的總和大于原來A球的電荷量，不符合電荷守恒定律，所以BD錯(cuò)誤；設(shè)第一次兩球接觸，如接觸，各帶電荷量，第二次B與C接觸后各帶電荷量，所以C正確。4.答案：A解析：兩導(dǎo)體相互接觸后，電荷量將重新分布，總量不變，但由于不明確兩導(dǎo)體的材質(zhì)和形狀，故無法確定導(dǎo)體A所帶的電荷量，A正確。5.答案：A解析：物體奪得電子的本領(lǐng)是：帶正電的物體奪得電子的本領(lǐng)大于電中性的物體，電中性物體奪得電子的本領(lǐng)大于帶負(fù)電的物體。原來金屬導(dǎo)體P不帶電，對外顯電中性，金屬導(dǎo)體P與帶正電的金屬導(dǎo)體Q接觸時(shí)，帶正電的金屬導(dǎo)體Q奪得電子的本領(lǐng)大于不帶電的金屬導(dǎo)體P，帶正電的金屬導(dǎo)體Q奪得電子，故

17、金屬導(dǎo)體P失去電子帶正電。故A正確，BCD錯(cuò)誤。6.答案：AC解析：蚊香的煙中含有一定的碳顆粒，當(dāng)玻璃管中的導(dǎo)線和管外線圈間加上高電壓后，玻璃管中的導(dǎo)線和管外線圈間的空氣被電離，碳顆粒吸附一定的電子帶負(fù)電，向正極移動(dòng)，吸附在管壁上，因此看不到有煙從玻璃管中冒出來，該方法的原理與靜電除塵是相同的，選項(xiàng)A、C正確。7.答案：C解析：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部合電場強(qiáng)度為零，感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與帶電體在這一點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度等大反向。比較金屬球上感應(yīng)電荷在三點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，實(shí)質(zhì)上是比較帶電體在這三點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。由于c點(diǎn)離最近，故在c點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度最大，感應(yīng)電荷在c點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度也最大。正確選項(xiàng)為C。8.答案：B解析：電工高壓帶電作業(yè)，穿金屬衣可以對人體起到靜電屏蔽作用，使人更安全，穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。塑料油桶會和油因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電荷導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項(xiàng)B正確。小鳥停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小