高中物理人教版1第一章靜電場第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應用 全國一等獎

第7節(jié)靜電屏蔽教學設計一、教學目標

1．知識目標：

（1）了解導體導電機制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應現(xiàn)象；

（2）理解電場中處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特點；

（3）了解靜電屏蔽現(xiàn)象。

2．能力目標：

通過觀察演示實驗及對實驗現(xiàn)象的分析，引導學生運用所學知識進行分析推理，培養(yǎng)學生分析推理能力。

3．物理方法教育目標：

物理學是以實驗為基礎的一門學科，通過物理實驗得到物理規(guī)律是進行物理研究的重要方法。

二、教學重點、難點

1．重點：靜電場中靜電平衡狀態(tài)下導體的特性，即其電荷分布、電場分布等。

2．難點：運用電場有關知識，分析實驗現(xiàn)象的成因。

三、教學方法

實驗演示，計算機輔助教學

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，帶有絕緣支架金屬球一個。

2．法拉第圓筒演示靜電平衡導體內(nèi)部無凈余電荷

法拉第圓筒，驗電器一個，驗電球，起電機。

3．靜電屏蔽演示

金屬網(wǎng)罩一個，帶絕緣支架金屬球，驗電器。

4．計算機、大屏幕，自制CAI課件五、教學過程

（一）視屏導入引入新課（激發(fā)學生興趣，討論引入）

帶電鳥籠中的鳥毫毛不損；帶電籠中的人安然無恙；遭雷擊中的客機上乘客無一傷亡，是什么在保護他們？

這就是我們要研究的靜電屏蔽現(xiàn)象，為了要探究其中的奧秘，我們必須先討論處于電場中導體的特點。（二）新課教學

1．靜電感應

（1）感應起電的演示（演示實驗和課件模擬）

實驗1．感應起電

利用起電機使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場，把感應起電機靠近A擺放，且接觸良好。

將不帶電驗電小球a先與B接觸，再與驗電器金屬球D接觸，如此反復，可見D金屬箔張開。同樣，可讓a與C接觸，再與E接觸，反復幾次，可見E金屬箔也張開。由此可知B、C兩端帶電。此時，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D金屬箔張角變小，可見B、C兩端電荷異號。

2．靜電感應概念

（1）靜電感應：放在靜電場中的導體，它的自由電荷受電場力作用，發(fā)生定向移動，從而重新分布，在其表面不同部分出現(xiàn)了正、負電荷的現(xiàn)象。

①根據(jù)電荷相互作用規(guī)律判斷電荷分布

根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，指出本實驗中距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。實驗1中，可用驗電小球與枕形導體中部（B、C的中間）接觸，再與驗電器接觸，驗電器的金屬箔不張開，說明電荷分布在兩端。

②根據(jù)電勢高低判斷電荷分布

距A遠近不同，電勢不同，而金屬導體中自由電子在電場力作用下由電勢低處運動至電勢高處。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，B端帶負電荷。根據(jù)電荷守恒，C端帶正電荷。同理可分析A帶負電荷時，枕形導體上B端和C端的電荷分布。

（2）感應電荷

靜電感應現(xiàn)象中，導體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱為感應電荷。

靜電場中導體上自由電荷受電場力作用做定向移動，會不會一直運動下去？

3．靜電平衡的機理（課件模擬感應到平衡的過程）

導體置于電場中時，自由電荷受力，發(fā)生定向移動，從而重新分布。重新分布的電荷在導體內(nèi)產(chǎn)生一個與原電場反向的電場，阻礙電荷定向移動，直至最后無電荷定向移動為止，這時感應電荷產(chǎn)生的電場與原電場的合場強為零。

①靜電平衡狀態(tài)：導體上處處無電荷定向移動的狀態(tài)。

②導體靜電平衡時的特征：導體內(nèi)部場強處處為零。

4．靜電場中導體的特點（課件系統(tǒng)總結(jié)）

（1）靜電場中導體的特點：處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部處處場強為零，但導體表面場強不為零，表面上任一點場強方向與該點表面垂直。

可用反證法證明，若不垂直，沿表面有切向分量，電荷將發(fā)生定向移動。

（2）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(nèi)部有凈電荷，電荷周圍有電場，那么導體內(nèi)部電場強度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動。

實驗2．法拉第圓筒實驗

先用起電機使筒A帶電，至A中箔片張開為止，利用驗電球B可先與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，可說明A外表面有電荷。

若使B與A內(nèi)壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔將不張開，可驗證A內(nèi)壁無電荷。

（3）處于靜電平衡狀態(tài)的導體是個等勢體，導體表面是等勢面，沿導體表面移動電荷，電場力與表面切向垂直，電場力做功為零。所以電勢差為零，表面是等勢面。導體內(nèi)部處處E=0，在任意兩點間移動電荷，電場力為零，任兩點等勢，所以導體是等勢體。

5．靜電屏蔽（計算機模擬并同學參與實驗）

實驗3．靜電屏蔽

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，若把B置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片不張開。

簡單分析：金屬網(wǎng)罩內(nèi)無電場。

任取一個導體殼，處于靜電場中，殼內(nèi)無電場。

反證法：若有電場，電場線發(fā)自殼壁，終止于殼壁，與殼是等勢體相矛盾，這樣的電場線不存在。6．靜電屏蔽的應用（學生討論，老師講解）

（1）電子儀器套有金屬外殼。

（2）通訊電纜外包了一層鉛皮。

（3）高壓電區(qū)電工穿的金屬絲制成的衣服。

7．回到課前的三個問題（學生自己揭示奧秘）

帶電鳥籠中的鳥毫毛不損；帶電籠中的人安然無恙；遭雷擊中的客機上乘客無一傷亡，是什么在保護他們？

原來是金屬網(wǎng)或者金屬殼起到了屏蔽作用，使小鳥或人不受外電場的侵害。（三）例題精講

（四）課堂小結(jié)

1．靜電感應：放在靜電場中的導體，它的自由電荷受電場力作用，發(fā)生定向移動，從而重新分布，在其表面不同部分出現(xiàn)了正、負電荷的現(xiàn)象。

2．靜電平衡狀態(tài)：導體中（包括表面）沒有電荷定向運動的狀態(tài)。

基本特征：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部場強處處為零；電荷只分布在導體的外表面。注意：這里的“場強”指的是合場強。

3．靜電屏蔽：導體殼可以使其內(nèi)部所包圍的區(qū)域不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。（五）互動練習（見課件制作）六、教學設計說明

1．導體的靜電平衡條件是本節(jié)的重點，也是難點，可借助多媒體課件（或圖片）著重分析導體在電場中達到靜電平衡的過程，強調(diào)導體處于靜電平衡時，內(nèi)部場強處處為零，指的是感應電荷的場強與外電場的場強疊加后，合場強為零，使學生真正理解靜電平衡條件，必須使他們清楚地知道推理過程。

2．導體達到靜電平衡狀態(tài)時的電荷分布規(guī)律是在實驗的基礎上總結(jié)出來的，因此必須重視實驗，做好演示，使學生獲得感性認識，然后再從靜電平衡條件加以說明，讓學生在理論和實際的結(jié)合中理解知識。

3．靜電屏蔽現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中有很多應用，講解時要結(jié)合實際才能使學生真正理解。