高中物理《静电屏蔽》教学设计
高中物理《静电屏蔽》教学设计
一、教学目标
1．了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；
2．理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；
3．了解静电屏蔽现象。
二、教学重点、难点
1．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，这是重点。
2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因，这是难点。
三、教学方法：实验演示，计算机辅助教学
四、教 具：
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课件
五、教学过程：
（一）复习提问
1．电场的重要性质是什么？对放入其中的电荷有力的作用。
2．导体的重要特征（或说导体导电的原因）是什么？导体内部有大量自由电荷。
3．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？
引导学生分析：
若是金属导体，自由电子在电场力作用下将发生定向移动使两端出现不同的电荷分布，从而引起导体的某些新的性质。
（二）引入新课
实验1 利用起电机使绝缘金属球带电，从而产生电场，把感应起电机靠近A摆放，且接触良好。
将不带电验电球A先与B接触，再与验电器金属球D接触，如此反复，可见D金属箔张开。同样，可让A与C接触，再与E接触，反复几次，可见E金属箔也张开。
由此可知B、C两端带电。
此时，若将A上电荷放掉，让A与C接触后与D接触，反复几次，可见D金属箔张角变小，可见B、C两端电荷异号。
1．静电感应
（1）什么叫静电感应：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。
①可根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A近端（B端）有与A异号的电荷，距A远端（C端）电荷与A同号。
实验1中，可用A与B、C中部接触的，再与验电器接触，验电器金属箔不张开，电荷分布在两端。
②也可以分析距A远近不同，电势不同，而金属导体中自由电子在电场力作用下由电势低处运动至电势高处。
例如：若A带正电，距A较远端的C端电势比B端低，故电子向B端运动，B端带负电荷。根据电荷守恒，C端带正电荷。
同理可分析A带负电荷时，感应电机上电荷分布。
（2）感应电荷
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。
静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动会不会一直运动下去？
（3）静电平衡状态
导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷电场与原电场的合场强为零。
①什么是静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。
②特征：导体内部处处场强为零。
在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。
2．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。
（1）处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。
可采用反证法，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动。
实验2 法拉第圆筒实验。
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，再与验电器金属球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。
（2）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。
（3）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。
3．应用
（1）感应起电（与摩擦起电比较）
使A带电，B、C端将出现感应电荷，把B、C分开，各自出现净电荷，从而带电。
（2）静电屏蔽
实验3
先使A带电，然后移近验电器B，由于静电感应，B的金属箔片张开，若把B置于金属网罩中，可发现B的金属箔片不张开。
简单分析：金属网罩内无电场。
任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。
反证法：若有电场，电场线发自壳壁，终止于壳壁，与壳是等势体相矛盾，这样的电场线不存在。
（三）例题精讲、巩固提高（见课件）
1．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）
2．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。
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。
EQ＋E感＝Ea＝0
（四）课件演示，课堂小结
1．静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。
基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零；电荷只分布在导体的外表面。
注意：这里的“场强”，指的是合场强。
2．静电屏蔽：导体壳可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
（五）布置作业
1．复习本节课文。
2．思考一下静电屏蔽有何应用。
说明：
1．导体的静电平衡条件是本节的重点，也是难点，在见解是可借助多媒体课件（或图片）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．导体达到静电平衡状态时的电荷分布规律是在实验的基础上总结出来的，因此必须重视实验，做好演示，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．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。
4．为了巩固学到的知识，本节安排了两个例题，可根据学生的实际情况进行分析讲解，然后再让学生做练习，最后对本节内容作简要小结，布置课后作业，作业内容可根据情况自行安排。
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