2020-2021学年4 静电的防止与利用教学设计

这是一份2020-2021学年4 静电的防止与利用教学设计，共12页。教案主要包含了教学目标，核心素养，静电屏蔽，静电的危害与利用等内容，欢迎下载使用。

课题
静电的防止与利用
单元
9
学科
物理
年级
高二
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第9章第4节的内容,本节的主要概念是静电平衡，掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征是本节的重点。应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象是本节的难点。做好演示实验是这堂课的关键。
金属导体放在电场中，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。这样做不仅突出了重点，也为突破难点打下基础。
带电导体的电荷分布的两个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认识。静电屏蔽现象以及静电屏蔽的应用都必须做好演示实验。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件。
2．掌握静电平衡状态下的导体特点。
3．了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用。
二、核心素养
物理观念：通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程。
科学思维：掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程。
科学探究：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。
科学态度与责任：经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度。
重点
掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征
难点
应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
在我们身边到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。静电与我们的生活密不可分。
出示图片：复印机
复印机可以应用静电吸附作用复印资料
思考：如图，是加油站里常见的“静电释放器”，你知道司机或工人提加油枪前为什么必须用手要触摸一下静电释放器吗？
出示图片：静电释放器
“静电释放器”可以把人体、金属、大地形成通路，将人体静电传入大地，这样就可以清除身体上的静电，防止发生火灾。
今天我们就来学习静电的防止与利用。
联系生活体会
在我们身边到处都有静电，

激发学生的好奇心和探索欲望。
引出本节的课题静电的防止与利用
讲授新课
一、静电平衡
1.静电感应
思考讨论：把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为 E0 的电场中，导体上会出现怎样的现象？
金属导体中自由电子受到电场的电场力作用后向左移动，由于静电感应，在导体 AB 侧的平面上将感应出负电荷，在 CD 侧的平面上将感应出正电荷。
2.静电平衡
（1）导体两侧出现的正、负感应电荷，感应电荷在导体内部产生与电场强度E0 方向相反的电场，其电场强度为 E′。
（2）感应电荷的电场和外电场叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E＝0 为止，导体内的自由电子不再发生定向移动。这时我们说，导体达到静电平衡。
静电平衡
3.静电平衡状态下导体的电场
（1）静电平衡状态。
发生静电感应的导体，导体中（包括导体表面）自由电子不再发生定向移动，我们就认为这时导体达到了静电平衡状态。
（2）静电平衡状态下导体的特点
①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。
思考讨论：处于静电平衡状态下的导体，表面处的电场强方向为什么跟导体表面垂直?
参考答案：若场强方向跟该点的表面若不垂直，则沿该点的表面就有一场强分量，电荷在这一场强分量作用下就会发生运动，就不会处于静电平衡状态了。
二、尖端放电
1.静电平衡时导体上电荷的分布的特点
（1）静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
（2）在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。
2.尖端放电
（1）空气的电离：使空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫作空气的电离。
（2）尖端放电
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。 这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
出示图片：尖端放电
（3）应用与防止
①应用：将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触，就成为避雷针。
出示图片：高楼顶上的避雷针
②防止：高压设备中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电导致高压设备上电能的损失。
夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的放电现象。
三、静电屏蔽
1.静电屏蔽
导体达到静电平衡时，内部场强处处为0，若是带空腔的导体，导体壳内空腔里的电场强度也处处为0，无论导体外部电场是什么样的，导体内部都不会有电场金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。
出示视频：电笼中的小鸟视频
2.静电屏蔽有两种情况:
(1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响，如图所示。
导体腔内的电场为 0
因场源电荷产生的电场强度与导体球壳表面的感应电荷在空腔内的电场强度矢量和为零，表现为导体内空腔不受外部电场的影响，起到了屏蔽外部电场的作用。
(2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间，如图所示。
当空腔导体接地时，地球与导体形成同一个导体，空腔内壁是场源电荷的近端，感应异种电荷，地球是远端，感应同种电荷，空腔导体的外表面没有感应电荷，可理解为内部电场对空腔外不产生影响，对内部的电场起到了屏蔽作用。
演示 静电屏蔽
（1）使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？解释看到的现象。
现象：箔片会张开。
原因：当带正电的金属球靠近验电器时由于静电感应，自由电子将向金属球移动使得金属球带负电，箔片由于缺少电子带正电。所以箔片会张开。
（2）用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。这个现象说明什么？
现象：箔片不会张开
原因：用金属网把验电器罩起来，导体的外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，内部电场强度处处为零．电荷只分布在导体的外表面上，所以验电器的箔片不张开，我们把这种现象称之为静电屏蔽。
出示视频：静电屏蔽视频
3.静电屏蔽的应用
（1）野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击。
出示图片：高压线屏蔽
（2）超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的，形成一个金属“网”，内场强保持为0，高压外电场不会对内部的工人产生影响。
出示图片：超高压带电作业的工人
四、静电的危害与利用
1.静电的危害
静电的危害可能随时发生。医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；
煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸……
出示图片：瓦斯爆炸
因此，静电的危害必须引起人们的警惕。
科学漫步 雷火炼殿
湖北的武当山古建筑群是世界文化遗产之一，在武当山主峰天柱峰上有一座金殿，是我国现存最大的铜铸鎏金大殿。
出示图片：武当山金殿
这座金殿最为奇特的是，每逢电闪雷鸣的时候，火球会在金殿周围滚动，但霹雳却击不毁金殿；
雨过天晴后，大殿光彩夺目，像被洗过一样，这就是“雷火炼殿”奇观。后来，因金殿周围的一些建筑物常被雷击，金殿也安装了避雷设施。此后，雷火炼殿奇观消失，没有水火的洗炼，金殿的色泽也黯淡了许多。
“雷火炼殿”说明，球状物体可以积累电荷，产生火花放电。
2.静电的利用
（1）静电除尘
设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来，这就是静电除尘。
出示图片：静电除尘原理
原理：静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成。A接到几千伏高压电源的正极，B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，电场强度越大。B附近的空气中的气体分子更容易被电离，成为正离子和电子。正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子。电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，使粉尘带负电。粉尘被吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。
（2）静电喷漆
接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
出示图片：静电喷漆
（3）静电复印
复印机也应用了静电吸附。复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体 。没有光照时，OPC 是绝缘体，受到光照时变成导体。静电复印的工作流程如下：
充电 曝光 显影 转印 放电
课堂练习
1.下列做法中，属于预防静电危害的是（ ）
A．静电喷漆
B．在烟道的中央装有静电除尘器
C．电视机上装有一条户外天线
D．运输汽油等易燃易爆物品的车辆拖一条铁链在地上
答案： D
2.有一次，小明的手指靠近金属门把手时，突然有一种被电击的感觉。这是因为运动摩擦使身体带电，当手指靠近门把手时，二者之间形成的放电现象。若放电前，小明的手指带负电。有关金属门把手的两端被感应带电的情况，下列图中标示正确的是（ ）

A B

C D
答案： A
3.一个带电的金属球，当它带的电量减少后，其内部的场强将（ ）
A．一定增强
B．一定减弱
C．可能增强可能减弱
D．不变
答案： D
4.下列说法正确的是（ ）
A．处于静电平衡的导体，内部的电场强度和电势均为零
B．元电荷是电子和质子的统称
C．用静电喷漆的方法给汽车喷涂油漆，既省漆又均匀
D．避雷针避雷是利用尖端放电中和空气中的异种电荷
答案： CD
拓展提高
1. 如图所示，一个带电的金属圆筒（法拉第圆筒）和一个验电器相距较远地方放置。现用一个（不带电的）带绝缘手柄的金属小球先与圆筒的外壁接触、再与验电器的小球接触，验电器的箔片会______；让系统回到初始状态，用小球先与圆筒的内壁接触、再与验电器小球接触，验电器的箔片将会________（以上两空均选填“张开”或“不张开”）。
答案：张开；不张开
2.一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况 ( )
答案： B
3.如图所示，两个相同的空心金属球M和N，M带-Q电荷，N不带电（M、N相距很远，互不影响），旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时（ ）
A．P、R上均出现感应电荷
B．P上没有，而R上有感应电荷
C．P上有，而R上没有感应电荷
D．P、R上均没有感应电荷
学生思考并回答问题 ，经历分析放在电场中的导体静电感应过程
思考并回答问题 ，经历分析放在电场中的导体达到静电平衡的过程
全体学生参与探究，共同理解导体处于静电平衡状态下的特点
学生思考并回答问题。
阅读课文
学生阅读尖端放电找出空气的电离，尖端放电的定义
学生说出尖端
放电的应用和防止
观看视频电笼中的小鸟视频
理解静电屏蔽的两种情况
：导体内空腔不受外界电场的影响；接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间。
学生观察图片思考讨论
学生观察图片思考讨论
学生说出静电屏蔽的应用
引导学生阅读课本科学漫步
阅读课文静电的利用
学生练习
调动学生学习激情，积极参与探索活动。
掌握静电平衡的状态
强化学生意识使他们体验获取知识的乐趣。
帮助学生理解：处于静电平衡状态下的导体表面处的电场强方向跟导体表面垂直。
掌握静电平衡时导体上电荷的分布的特点，
锻炼学生的自主学习能力
理论联系实际，让学生体验知识应用的乐趣。
帮助理解静电屏蔽
加深学生对静电屏蔽的理解
理解静电感应是
自由电子的移动
加深对静电平衡的理解，培养学生解决问题的能力
拓展学生的知识面
展学生的知识面
知道“雷火炼殿”说明，球状物体可以积累电荷，产生火花放电。
锻炼学生的自主学习能力
巩固所学的知识
课堂小结
1.静电平衡状态下导体的特点
①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。
2.静电平衡时导体上电荷的分布的特点
（1）静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
（2）在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。
3.尖端放电
4.静电屏蔽有两种情况:
(1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响。
(2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间。
5.静电的利用
（1）静电除尘（2）静电喷漆（3）静电复印
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、静电平衡
1.放入电场中的导体，最终会达到没有电荷定向移动的状态，这种状态叫静电平衡状态。
2.静电平衡状态下导体的特点
①处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
②表面处的电场强度不为零，表面处的电场强方向跟导体表面垂直。
二、尖端放电
1.静电平衡时导体上电荷的分布的特点
（1）静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
（2）在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。
2.尖端放电
2.尖端放电
三、静电屏蔽
静电屏蔽有两种情况: (1)第一种情况，导体内空腔不受外界电场的影响。
(2)第二种情况接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间。
四、静电的危害与利用