高中物理《靜電屏蔽》教學(xué)設計
高中物理《靜電屏蔽》教學(xué)設計
一、教學(xué)目標
1．了解導體導電機制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應現象；
2．理解電場(chǎng)中處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特點(diǎn)；
3．了解靜電屏蔽現象。
二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
1．靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導體的特性，即其電荷分布、電場(chǎng)分布等，這是重點(diǎn)。
2．運用電場(chǎng)有關(guān)知識，分析、推理出實(shí)驗現象的成因，這是難點(diǎn)。
三、教學(xué)方法：實(shí)驗演示，計算機輔助教學(xué)
四、教 具：
1．演示靜電感應：起電機，感應電機（一對）、驗電球、驗電器（兩個(gè)），帶有絕緣支架金屬球一個(gè)。
2．法拉第圓筒演示靜電平衡導體，內部無(wú)凈余電荷：法拉第圓筒，驗電器（一個(gè)），驗電球，起電機。
3．靜電屏蔽演示：金屬網(wǎng)罩（一個(gè)），帶絕緣支架金屬球，驗電器。
4．計算機、大屏幕，自制CAI課件
五、教學(xué)過(guò)程：
（一）復習提問(wèn)
1．電場(chǎng)的重要性質(zhì)是什么？對放入其中的電荷有力的作用。
2．導體的重要特征（或說(shuō)導體導電的原因）是什么？導體內部有大量自由電荷。
3．把導體放入電場(chǎng)中，導體上的自由電荷處于電場(chǎng)中將受電場(chǎng)力作用，這時(shí)的導體與無(wú)電場(chǎng)時(shí)的導體相比有什么不同特征？
引導學(xué)生分析：
若是金屬導體，自由電子在電場(chǎng)力作用下將發(fā)生定向移動(dòng)使兩端出現不同的電荷分布，從而引起導體的某些新的性質(zhì)。
（二）引入新課
實(shí)驗1 利用起電機使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把感應起電機靠近A擺放，且接觸良好。
將不帶電驗電球A先與B接觸，再與驗電器金屬球D接觸，如此反復，可見(jiàn)D金屬箔張開(kāi)。同樣，可讓A與C接觸，再與E接觸，反復幾次，可見(jiàn)E金屬箔也張開(kāi)。
由此可知B、C兩端帶電。
此時(shí)，若將A上電荷放掉，讓A與C接觸后與D接觸，反復幾次，可見(jiàn)D金屬箔張角變小，可見(jiàn)B、C兩端電荷異號。
1．靜電感應
�。�1）什么叫靜電感應：放在靜電場(chǎng)中的導體，它的自由電荷受電場(chǎng)力作用，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布，在其表面不同部分出現了正、負電荷的現象。
�、倏筛鶕韵喑�、異性相吸，指出本實(shí)驗中距A近端（B端）有與A異號的電荷，距A遠端（C端）電荷與A同號。
實(shí)驗1中，可用A與B、C中部接觸的，再與驗電器接觸，驗電器金屬箔不張開(kāi)，電荷分布在兩端。
�、谝部梢苑治鼍郃遠近不同，電勢不同，而金屬導體中自由電子在電場(chǎng)力作用下由電勢低處運動(dòng)至電勢高處。
例如：若A帶正電，距A較遠端的C端電勢比B端低，故電子向B端運動(dòng)，B端帶負電荷。根據電荷守恒，C端帶正電荷。
同理可分析A帶負電荷時(shí)，感應電機上電荷分布。
�。�2）感應電荷
靜電感應現象中，導體不同部分出現的凈電荷稱(chēng)為感應電荷。
靜電場(chǎng)中導體上自由電荷受電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)會(huì )不會(huì )一直運動(dòng)下去？
�。�3）靜電平衡狀態(tài)
導體置于電場(chǎng)中時(shí)，自由電荷受力，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布。重新分布的電荷在導體內產(chǎn)生一個(gè)與原電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，阻礙電荷定向移動(dòng)，直至最后無(wú)電荷定向移動(dòng)為止，這時(shí)感應電荷電場(chǎng)與原電場(chǎng)的合場(chǎng)強為零。
�、偈裁词庆o電平衡狀態(tài)：導體上處處無(wú)電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。
�、谔卣鳎簩w內部處處場(chǎng)強為零。
在這個(gè)特征基礎上進(jìn)行推論，可得靜電場(chǎng)中導體的特點(diǎn)。
2．靜電場(chǎng)中導體的特點(diǎn)：處于靜電平衡狀態(tài)，導體內處處場(chǎng)強為零。
�。�1）處于靜電平衡狀態(tài)的導體，電荷只能分布在導體外表面上。
可采用反證法，若導體內部有凈電荷，電荷周?chē)须妶?chǎng)，那么導體內部電場(chǎng)強度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。
實(shí)驗2 法拉第圓筒實(shí)驗。
先用起電機使筒A帶電，至A中箔片張開(kāi)為止，利用驗電球B可先從A外表面接觸，再與驗電器金屬球C接觸，反復幾次后，可明顯地看到C金屬箔張開(kāi)，可說(shuō)明A外表面有電荷。
若使B與A內壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔將不張開(kāi)，可驗證A內壁無(wú)電荷。
�。�2）處于靜電平衡狀態(tài)的導體表面上任一點(diǎn)場(chǎng)強方向與該點(diǎn)表面垂直�？捎梅醋C法證明，若不垂直，沿表面有切向分量，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。
�。�3）處于靜電平衡狀態(tài)導體是個(gè)等勢體，導體表面是等勢面，沿導體表面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力與表面切向垂直，電場(chǎng)力做功為零。
所以 電勢差為零，表面是等勢面。
內部處處E=0，任兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力為零，任兩點(diǎn)等勢，所以是等勢體。
3．應用
�。�1）感應起電（與摩擦起電比較）
使A帶電，B、C端將出現感應電荷，把B、C分開(kāi)，各自出現凈電荷，從而帶電。
�。�2）靜電屏蔽
實(shí)驗3
先使A帶電，然后移近驗電器B，由于靜電感應，B的金屬箔片張開(kāi)，若把B置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現B的金屬箔片不張開(kāi)。
簡(jiǎn)單分析：金屬網(wǎng)罩內無(wú)電場(chǎng)。
任取一個(gè)導體殼，處于靜電場(chǎng)中，殼內無(wú)電場(chǎng)。
反證法：若有電場(chǎng)，電場(chǎng)線(xiàn)發(fā)自殼壁，終止于殼壁，與殼是等勢體相矛盾，這樣的電場(chǎng)線(xiàn)不存在。
�。ㄈ├}精講、鞏固提高（見(jiàn)課件）
1．如圖所示，A帶正電，若導體C端接地，問(wèn)B、C端各帶什么電荷？（B端帶負電荷，C端無(wú)凈電荷）
若此時(shí)斷開(kāi)C與地的連線(xiàn)， B、C端帶什么電荷？（B端負電荷，C端無(wú)電荷）整個(gè)導體凈余什么電荷？（負電荷）
若B端接地，整個(gè)導體凈余什么電荷？（負電荷）
2．導體桿放于點(diǎn)電荷+Q附近達到靜電平衡后，求桿中距Q為r的一點(diǎn)Q的電場(chǎng)強度及桿上感應電荷在a點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強度。
解：因為桿處于靜電平衡狀態(tài)，故Ea=0
a點(diǎn)場(chǎng)強由+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)強度和感應電荷電場(chǎng)合成。
EQ＋E感＝Ea＝0
（四）課件演示，課堂小結
1．靜電平衡狀態(tài)：導體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向運動(dòng)的狀態(tài)。
基本特征：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內部場(chǎng)強處處為零；電荷只分布在導體的外表面。
注意：這里的“場(chǎng)強”，指的是合場(chǎng)強。
2．靜電屏蔽：導體殼可以使其內部所包圍的區域不受外部電場(chǎng)的影響，這種現象叫做靜電屏蔽。
（五）布置作業(yè)
1．復習本節課文。
2．思考一下靜電屏蔽有何應用。
說(shuō)明：
1．導體的靜電平衡條件是本節的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，在見(jiàn)解是可借助多媒體課件（或圖片）著(zhù)重分析導體在電場(chǎng)中達到靜電平衡的過(guò)程，強調導體處于靜電平衡時(shí)，內部場(chǎng)強處處為零，指的是感應電荷的場(chǎng)強與外電場(chǎng)的場(chǎng)強疊加后，合場(chǎng)強為零，要使學(xué)生真正理解靜電平衡條件，必須使他們清楚地知道推理過(guò)程。
2．導體達到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的電荷分布規律是在實(shí)驗的基礎上總結出來(lái)的，因此必須重視實(shí)驗，做好演示，使學(xué)生獲得感性認識，然后再從靜電平衡條件加以說(shuō)明，讓學(xué)生在理論和實(shí)際的結合中理解知識。
3．靜電屏蔽現象在生產(chǎn)和生活中有很多應用，講解時(shí)要結合實(shí)際才能使學(xué)生真正理解。
4．為了鞏固學(xué)到的知識，本節安排了兩個(gè)例題，可根據學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行分析講解，然后再讓學(xué)生做練習，最后對本節內容作簡(jiǎn)要小結，布置課后作業(yè)，作業(yè)內容可根據情況自行安排。
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