高中物理“静电感应的用”教学设计

“” 1．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，了解导体导电机制、静电 平衡状态、静电感应现象； （2）通过实验，理解处于静电平衡状态下导体的特点； （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。 2．过程与方法： （1）实验演示，计算机辅助教学 （2）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。 3．情感、态度与价值观 能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然 界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 1．重点：静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等。 2．难点：运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因。 1．演示静电感应起电机： 感应电机（一对）、验电球、验电器（两个），带有绝缘支架金属球一个。 2．法拉第圆筒演示静电平衡导体，内部无净余电荷： 法拉第圆筒，验电器（一个），验电球，起电机。 3．静电屏蔽演示：金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。 4．计算机、大屏幕，自制CAI 1．导体的静电平衡条件是本节的重点，也是难点，在讲解时可借助多媒体课件 着重分析导体在电场中达到静电平衡的过程，强调导体处于静电平衡时，内部场强 处处为零，指的是感应电荷的场强与外电场的场强叠加后，合场强为零，要使学生 真正理解静电平衡条件，必须使他们清楚地知道推理过程。 2．演示实验和多媒体课件相结合，使学生获得感性认识，然后再从静电平衡条 件加以说明，让学生在理论和实际的结合中理解知识。 3．尖端放电学生容易理解，故简单介绍。静电屏蔽不宜理解，重点从静电平衡 条件加以说明。 我们学校是一所区重点中学，教学条件好：实验设备齐全，拥有电脑，实物投影 仪等电教设施。我所教三个班的学生经历一年的学习，已养成良好的学习习惯，具 有一定的自主学习、合作探究及解决问题能力，对物理兴趣浓厚 师：电场的重要性质是什么？ 生：对放入其中的电荷有力的作用。 师：导体的重要特征（或说导体导电的原因）是什么？ 生：导体内部有大量自由电荷。 师：什么叫静电感应？ 生：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新 分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。 师：什么叫感应电荷？ 生：静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。 2 [展示录像片段] 用电击金属鸟笼时，笼中的小鸟安然无恙 师：小鸟会有危险吗？ 生：不会。 师：是的，小鸟不仅安然无恙，还在欢乐地歌唱，如果你在这样的一个笼子里，你 也敢唱歌吗？ 生（笑）：不敢。 师：为了圆满解释这一现象，我们来学习《静电屏蔽的应用》 （展示课题） 把一个不带电的金属导体ABCD放在场强为E的匀强电场中，会出现什0么现象？ 师：把导体放入电场中，导体上的自由电荷处于电场中将受电场力作用，这时的导 体与无电场时的导体相比有什么不同特征？ 从电脑画面上不同时刻电子的分布，可以发现自由电子在没有电场的 作用下作无运动，而且整体分布是均匀的。 师：将导体放入电场，自由电子的运动会不会受影响？会受怎样的影响？ 生：会。电场对放入其中的电荷有力的作用。电子在电场中会受到与电场方向相反 的力的作用，因此，电子将沿着与电场相反的定向移动。 师：电子定向移动，导体内的电子分布将产生怎样的变化？ 生：与外电场方向相反的一端 师：那么，电子是否会一直作定向移动？ 生：不会。 师：电子在什么情况下不发生定向移动？ 生：讨论并叫一生回答 师()：只要内部电场不为零，电子就要发生定向移动。但是，随着两端电荷聚 集的增多，感应电场的场强越来越大，内部场强越来越小。当感应电场场强E= E 时，内部电场E= 0，此时，电子不受电场力作用，因此不再发生定向移动。 内 3 ：模拟从静电感应到静电平衡的动态过程。 师：感应电荷的产生对导体内的电场是否有影响？有怎样的影响？ 生：有。感应电荷产生的感应电场E方向与外电场E相反，削弱内部电场，使内部 场强变小，电子受力作用也变小。 师：E、E′、E的含义各是什么？静电感应过程中它们各是如何变化的？ 0合 生：EE′表示感应场，E感应电场的场强越来越大，0表示外电场，合导体内合场强， 内部场强越来越小，直到内部合场强为零。 (板书)静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。 (板书)静电平衡的条件：E′=-EE=0 0 （在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。） (板书)静电场中导体的特点：?处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。 处于静电平衡状态的带电体，其电荷分布在什么地方？ 生：（猜测）内部或外部。 实验1：法拉第圆筒实验（老师指导学生选择器材并由两学生实际操作，实物投影展 示放大，其他学生观察） 先用起电机使筒A带电，至A中箔片张开为止，利用验电球B可先从A外表面接触，再与验电器金球C接触，反复几次后，可明显地看到C金属箔张开， 可说明A外表面有电荷。若使B与A内壁接触后再与C接触，则C金属箔将不张开，可验证A内壁无电荷。 [展示动画3]：辅助演示法拉第圆筒实验（圆筒内、圆筒外带电情况） 生：归纳总结。 (板书)?处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上, 导体内部无净电荷,且尖端分．．． 4 布的电荷多。 师：介绍尖端放电。 [3] 模拟尖端放电 ：处于静电平衡状态的导体，其内部无净电荷，内部是否受外电场的影响呢 ?处于静电平衡状态导体是个等势体，导体表面是等势面，沿导体表面移动电荷， 电场力与表面切向垂直，电场力做功为零。所以 电势差为零，表面是等势面。内部 处处E=0，任两点间移动电荷，电场力为零，任两点等势，所以是等势体。 ?处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面 垂直。可用反证法证明，若不垂直，沿表面有切向分量，电荷将 发生定向移动。 静电屏蔽实验（老师指导学生选择器材并由两学生实际操作，实物投影展示 放大，其他学生观察） 师：如果将验电器靠近带电体，验电器上的箔片会不会张开？生：由于静电感应， 验电器的导体球会带上与带电体相反的电荷，箔片则会带上与带电体同种的电荷， 因为相互排斥而张开。 （实验演示并结合电脑课件解释现象） 师：验电器外罩上金属网，步骤同上，验电器是否还会张开？ 生：金属网由于静电感应，处于静电平衡，内部电场处处为零。所以，验电器箔片 不会张开。 （实验演示并结合电脑课件解释现象） (板书)：金属网罩能将外电场遮住，而使其内部不受电场的影响。这个现象称 为 [展示课件]学生边回答边展示以下内容： 师：如下图，用金属网罩将带电球罩住（不接触带电球），观察验电器箔片变化情况 生：继续张开 师：用金属网罩将带电球罩住，且让网罩接触带电球，观察验电器箔片变化情况 生：继续张开 师：用金属网罩将带电球罩住，且让网罩接触带电球，金属球将还带电吗？ 5 生：不再带电 师：小鸟无伤害现象？（叫一生回答） 生：金属网罩内合场为零，小鸟被屏蔽起来了。 师：静电屏蔽有那些应用？ 生：?电学仪器、电子设备有外罩（电源、示波器、手机）。 ? 通信电缆外包一层铅皮。 ? 电力工人高压作业时，穿戴金属丝网制成的衣帽、手套、鞋子 板书设计 （一）静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。 静电平衡的条件：E′=-EE=0 0 （二）静电场中导体的特点： 1、处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。 2、处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上,导体内部无净电荷,．．．且尖端分布的电荷多。 3、静电平衡状态导体是个等势体，导体表面是等势面， 4、于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。 （三）静电屏蔽现象 1、定义：金属网罩能将外电场遮住，而使其内部不受电场的影响。这个现象称为 静电屏蔽现象 2、应用：?电学仪器、电子设备有外罩（电源、示波器、手机）。 ?通信电缆外包一层铅皮 ?电力工人高压作业时，穿戴金属丝网制成的衣帽、手套、鞋子 1．导体杆放于点电荷+Q附近达到静电平衡后，求杆中距Q为r的一点Q的电场强度及杆上感应电荷在a点产生的电场强度。 6 解：因为杆处于静电平衡状态，故Ea=0 a点场强由+Q产生的电场强度和感应电荷电场合成。 E＋E＝Ea＝0 Q 2．如图所示，A带正电，若导体C端接地，问B、C端各带什么电荷？（B端带负电 荷，C端无净电荷） 若此时断开C与地的连线， B、C端带什么电荷？（B端负电荷，C端无电荷）整个导体净余什么电荷？（负电荷） 若B端接地，整个导体净余什么电荷？（负电荷） 1、在本节课的主要概念是静电平衡，理解处于静电平衡状态下导体的特点，应 用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点，尖端放电，静电屏蔽现象是本节的难 点，作好演示实验是本节课的关键。 2、金属导体放在电场中，达到静电平衡是一个非常快的过程，但对这一过程的 分析却十分重要。一定要带领学生共同、参与讨论这一过程，使他们明白自由电荷 不再定向移动的条件。这样不仅能突出重点，也为突破难点打下基础。 3．静电屏蔽现象在生产和生活中有很多应用，讲解时要结合实际才能使学生真 正理解。 7 杜红艳 天津市武清区杨村三中 8