第7节 静电现象的应用
一、教学目标
1、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。
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、重点和难点
重点：掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特征是本节的重点
难点：应用静电平衡的知识，理解静电平衡的特征，认识导体的电荷分布特点是本节的难点。
三、设计思路
1、《静电现象的应用》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。
2、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。
3、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。最后通过两道例题巩固加深理解。
四、教学流程
教学进程
教师活动
学生活动
活动目标及说明
（一）引入新课：
提问：1．电场的重要性质是什么？
2．金属导体的微观结构如何？
3、将金属导体放入电场中自由电子会怎样移动？
回答1：对放入其中的电荷有力的作用。
回答2：金属导体中原子由原子核和电子组成，离原子核较远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，成为自由电子，失去这种电子的原子便成为带正电的离子。
回答3：导体内自由电子会因受到与场强方向相反的电场力的作用而向场强的反方向定向移动。
通过巩固相关学过的知识，使新课教学变得容易
过渡语：在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷的现象叫做静电感应。
（二）探究新课：
一、静电平衡
1：静电平衡状态
出示问题
1．电子的聚集会出现怎样的结果？
2．电子是否会永远这样定向运动下去？
3．最终会出现怎样的现象？
学生分组讨论
每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
一组回答不准确，另一组补充，修正
回答1：导体两面出现的正负电荷会在导体内部产生与原电场方向相反的感生电场。这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。
回答2：只要导体内部的合场强不为零，自由电子就会继续做定向移动。导体两面的正负电荷就会继续增加，导体内部的合场强会进一步削弱，直到导体内部的合场强等于零为止
回答3：导体内的自由电子不再发生定向移动
第1、2两个提问是解决静电平衡问题的两个重要问题。
导体放在电场中，达到静电平衡状态是一个非常快的过程，但是对这一过程分析却非常重要。这样做不仅突出了重点，也为突破难点打下基础
教师画图阐述：当导体内的自由电子（包括表面）不再发生定向移动时，导体达到静电平衡状态
3：静电平衡的条件
提问：静电平衡的条件？
通过学生们互相讨论积极回答：
让学生积极参与到课堂上来，使之真正成为课堂的主人，学习的主人。体会学习的乐趣。
过渡语：处于静电平衡的导体有两种：原来不带电的导体和孤立的带电导体
4：静电平衡状态下导体的特点
（1）场强的特点
教师不再通过提问的方式来解决问题，而是放开手脚让学生自由讨论发挥，但提示学生可以先从导体内部的
学生1回答：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零
学生2回答：静电平衡状态的导体，其外部的场强方向必跟该点的表面垂直。
回答1：假如不是这样，场强就会有
教师的引导，学生的积极参与得到知识，而不要作为一个知识点硬塞给学生，否则没有感
场强这个方面去思考。
（当学生回答内部场强的特点时，教师顺水推舟提出导体外部场强的特点）
提问1：导体外部场强为什么有这样的特点？提示学生可以用反证法
一个沿导体表面的分量，导体上的自由电子就会发生定向移动，这就不是平衡状态了。
性认识，容易忘记。对学生的积极回答要及时肯定，激发他们的学习热情。
（2）电势的特点
提示学生根据已学过的关于电场强度与电势差的关系来探究电势的特点
学生3回答：根据电势差与电场强度的关系可知，若场强处处为零，则任意两点间的电势差为零，也就是导体上各点间的电势都相等。所以，处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。（电场强度处处为零则电势对空间位置的变化率处处为零，空间各点的电势相等）
回答2：假如不是这样，某两点间就会存在电势差，就有电场线的存在，导体上的自由电子就还会发生定向移动，这就不是平衡状态了。
在分析和讨论的过程中，教师要注意宏观调控，穿插适当的指引和归纳，做到放得开，收得拢。
阐述：地球是个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体，这是我们可以把大地选做零电势体的一个原因。
等势体是个难点，要给学生一定的讨论、思维时间。让学生体会得到结论。
巩固练习
例1：学案导练1：
如图，将导体AB放在点电荷的附近。（1）判断A、B端各带什么电？
（2）用一根导线将A、B连接，电子是否会定向移动
例2:
A
B
⊕
（1）A端带负电，B端带正电
（2）电子不会定向移动，因为导体是个等势体，导线连接的是电势相等的两个点，电荷在这两点间不会移动，就像用水管连接高度相等的两个装水容器，水不会再水管内流动一样。
通过例题分析加深学生印象
如图，长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点.当达到静电平衡时，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强的大小为多大?
学生1回答：根据导体静电平衡的特点，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强与电电荷在此点产生的场强等大反向所以答案为：
（3）电荷分布的特点
演示课本25页的法拉第圆筒实验
（视频演示）
提问1：由实验现象能得到什么结论？为什么？
学生1回答：静电平衡状态下带电导体的电荷只能分布在导体的外表面
学生2回答：因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷，假如内部某处有净电荷，在它附近的场强就不可能为零。
带点导体的电荷分布特点对于学生来说是十分深奥的问题，必须通过实验才能加深体会
提问2：带电导体的电荷是否均匀分布在导体的外表面？
引导学生看课本书第19页图1.4-5中乙图，一头大一头小的导体电荷在外表面分布的情况
学生2回答：电荷分布不均匀，越尖的地方电荷分布越多，越平的地方电荷分布越少。
在教学过程中充分发挥现代化教学媒体的作用，使它真正为提高教学质量服务。
尖端放电
动画演示尖端放电的实验
阅读课本26页尖端放电内容并用自己的语言复述尖端放电的内容及其应用和防止
教师总结：静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面，内部没有电荷；在导体表面，越尖锐的的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
静电屏蔽：教师带领学生分析，教师讲解时注意画图
具有空腔的金属导体在静电平衡状态下，不仅导体内部场强为零，而且腔内场强也为零，因而置于腔内的物体不受外界电场的影响，这种作用叫静电屏蔽
知识扩展：1、空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部场强总等于零，因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响；
2、空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽
若空腔导体导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生异号的感生电荷，如果外壳
不接地则外表面会产生与内部带电体同号的感生电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽；如果外壳接地，外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地，外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽较全屏蔽
定义延伸：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电气设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电气设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽
3、静电屏蔽的应用：
电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。
总之：在静电平衡状态下，无论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，导体必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础；封闭导体壳无论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场的影响，接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响，这种现象也叫静电屏蔽
巩固练习
课堂小结
布置作业
例2：如图所示，把一个带正电的小球放人原来不带电的金属空腔球壳内，小球带不带电？
课后思考：为什么验电器的顶部是金属小球而不是针状导体？
学生回答：小球和球壳内表面均不带点，正电荷只分布在球壳外表面。
学生回答，纠正、补充
五、教学反思
本节是这一章的难点，内容抽象、深奥，并且要很好的体现新课程理念。上好本堂课就显得比较困难，所以必须注意下面几点：
1、改变传统的填鸭式教学模式或教师提问题、学生回答问题的单一做法。教师可创设情景，让学生发现问题，更主动的提出问题，解决问题。所以教师在组织和引导学生研究的过程中要及时组织学生评价，从而提高学生的思维品质和课堂效率。
2、要引导全体学生积极参与教学活动，亲身体验探究、思考和研究的全过程，让学生通过这
些过程开阔视野，激发学生的求异心理取向，从而激发学生的潜能。真正落实三维课程目标。3、在学生自由讨论和探究时，要认真听取每一位同学的观点肯定他们的成功之处和指出不足之处，让学生感到有成就感，既活跃了课堂气氛，又符合成功教育的要求。
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