高中人教版 (2019)4 静电的防止与利用公开课教学设计

这是一份高中人教版 (2019)4 静电的防止与利用公开课教学设计，共11页。教案主要包含了播放视频等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
静电的防止与利用
教学内容分析
《静电的防止与利用》是物理必修第三册第九章第4节。本节的主要内容是对静电平衡状态建立过程及处于静电平衡状态的导体的特点的分析，是在学习了电场的相关知识后，学生对静电场在生活中具体应用的一次进一步了解，也是运用电场相关知识对实际问题进行分析的一次练习。教材从对处于静电场中的导体建立静电平衡的过程的分析开始，得出了处于静电平衡的导体的特点，再根据处于静电平衡状态的导体上净电荷的分布规律引出了尖端放电现象及其应用，又由处于静电平衡状态的导体内部的电场情况引出了静电屏蔽现象及其应用，最后介绍了静电吸附的几个具体应用。
在教学中，教师要注意引导学生利用前面所学的静电场知识将实际问题的情景抽象为物理模型，锻炼学生的分析、建模、应用知识点的能力。
学情分析
通过前面几节的学习，学生已经对静电场中关于静电力的计算有了初步的认识，对静电场也有了简单的了解。作为本章的最后一节，学生要通过学习对前面所学的知识进行综合练习，来分析静电的防止与利用。为此，学生需要有基本的建模能力，需要对已学的知识点有较为清晰的认识，并能灵活地加以运用，同时，也需要具备一定的生活经验。以上也是通过教学要让学生加以锻炼并不断提高的能力。
教学目标
1.理解静电平衡状态的形成过程，知道处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。
2.了解尖端放电、静电屏蔽现象，了解静电的防止的原理。
3.知道静电吸附原理，了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。
4.关注生活、生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系。
教学
重难点
教学重点：
理解静电平衡的概念及特征。
教学难点：
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
新课导入
【提问】自然界到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？
→静电有其有利的一面，也有有害的一面。为做好静电的防止和利用，我们需要先学习静电平衡。
观察图片，结合生活经验，进行思考。
从生活中常见的现象入手，引发学生思考，引出本节课要研究的问题。
环节一
静电平衡
【提问】将导体放置在电场中，导体内的自由电荷在电场力的作用下将怎样运动？
【提问】自由电荷的定向移动会使得导体内部的电荷分布发生怎样的变化？又会带来什么影响？
【提问】随着自由电荷的不断定向移动，这种影响会怎样变化？最终会达到一个什么样的状态？
【提问】此时导体内部的合场强是多少？
→静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态，叫静电平衡状态。
【讲述】静电平衡的特点：
1.金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。
2.处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
3.导体内部无电场线分布，外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。
结合力学部分的知识和前两节所学电场力的知识，思考并作答：
导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。
思考并作答：
导体两端出现感应电荷，感应电荷在导体中产生反方向电场强度Eˊ。
思考并作答：
导体两端聚集的正负电荷越来越多，导体内部的反向电场Eˊ越来越强。
感应电荷的电场增到与外电场相等时E'＝E0，自由电荷的定向移动停止。
结合前面所学电场的叠加原理，思考并作答：
导体内合场强为零。
在前面分析的基础上加以理解。
在前面学习的基础上让学生进行分析，一方面能引出本节课要学习的结论，另一方面也锻炼了学生运用所学知识点的能力。
结合感应起电与电场的知识，使学生对本章的知识点有整体的认知。
引导学生在前面分析的基础上不断深入，思考变化累积到一定程度时出现的临界变化。借此锻炼学生分析物理动态变化过程的能力。
在逐步分析的基础上引出静电平衡的概念和特点，便于学生理解。
环节二
导体上
电荷的分布
【提问】处于静电平衡状态下的导体中的电荷是怎样分布的呢？
【播放视频】法拉第圆筒。
【提问】这说明了什么？
【播放视频】不规则带电体。
【提问】这说明了什么？
→单位面积的电荷量称为电荷密度。
【讲述】静电平衡时导体上的电荷分布如图所示。
导体上越尖锐的地方电荷的密度越大，周围的场强也越大。
思考。
观看视频。
思考并作答：
导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。
观看视频。
思考并作答：
在导体表面，越尖锐的位置，单位面积的电荷量越大。
观察、思考。
在静电平衡概念的基础上，通过视频引导学生观察实验，体会处于静电平衡状态的导体的电荷分布特点。
引导学生将实验现象归纳为结论。
环节三
尖端放电
【提问】导体上越尖锐的地方电荷的密度越大，周围的场强也越大。这种特点可以加以应用吗？
【讲述】导体周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动。
【讲述】带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离。
→强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。
【提问】新产生的带电粒子对空气的电离现象有何影响？
【提问】电离产生的带电粒子在电场的作用下向哪个方向运动？
【提问】空气的电离容易在导体的什么部位发生？
→导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这种现象叫作尖端放电。
【提问】尖端放电在生活中有哪些实际应用或现象呢？
【播放视频】模拟避雷针。
【提问】避雷针是怎样工作的？
【讲述】在高压设备上，尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
→夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电现象。
思考。
结合静电平衡时导体电荷分布的特点、电荷在电场力作用下的运动思考、分析。
结合化学知识认识空气的电离现象。
思考并作答：
新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离。
思考并作答：
电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动。
思考并作答：
导体尖端的电荷密度很大，因此，使空气分子电离的现象更容易发生在导体的尖端。
思考。
观看视频并思考。
回答：
导体尖端电荷密度大
→尖端周围电场强
→空气中残留带电粒子剧烈运动
→分子中正负电荷分开
→正负电荷奔向异种电荷
→相当于尖端失去电荷
→尖端放电
根据尖端放电的原理进行理解。
引导学生将实验结论联系到实际情境中。
为学生的进一步分析做示范，引导学生思考。
引导学生逐步分析空气的电离、尖端放电的原理。
从理论联系到实际，引导学生利用尖端放电的原理分析生活实际中的几个应用实例。
环节四
静电屏蔽
【提问】处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。如果放入静电场的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？
【播放视频】静电屏蔽。
【讲述】导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
【播放视频】法拉第笼
【提问】静电屏蔽现象在生活中有哪些应用？
①电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层金属等。
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。
③内屏蔽与外屏蔽：接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响。
④“雷火炼殿”奇观。
武当山位于湖北省西北部，其主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿，全部为铜铸鎏金。雷雨交加时，金殿的屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿金光灿灿，像被重新炼洗过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。
思考并回答：
电荷仍分布在导体的外表面，导体的内表面没有电荷。
观看视频并思考。
在静电平衡概念的基础上加以理解。
结合生活经验思考。
在静电平衡概念的基础上引入新的问题加以分析。
激发学生的探究兴趣。
根据分析结果给出结论，并展示其在科技、生活中的用途。一方面使学生对静电屏蔽现象有更多的了解，将所学内容与生活经验相结合，另一方面也能激发学生的学习兴趣。
环节五
静电吸附
【提问】静电虽然有危害，但也可以利用。你知道的应用有哪些呢？
【播放视频】静电吸附
【提问】如图所示，极板A和电极B，哪里附近的空气更容易被电离呢？
【提问】极板A和电极B分别带什么电？
【提问】被电离的电子在A、B之间的电场中怎样运动？会带来什么影响？
→电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电。
→静电除尘的原理：带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。
【讲述】静电吸附的应用：
①静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，油漆微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面。
②静电复印：利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。
思考。
观看视频
结合空气电离的内容思考并回答：
电极B附近的空气分子更容易被电离。
观察图片并回答：
极板A带正电，电极B带负电。
思考并回答：
电子向着正极A运动。
结合静电吸附的原理加以理解。
引导学生结合生活经验，思考静电的利用之处。
通过视频，使学生实际观察静电的吸附作用。
通过一组问题，引导学生分析静电吸附的原理，另一方面，提高学生应用电场相关知识解决实际问题的能力。
将静电吸附的原理与生活实际相结合，使学生了解到物理学的发展对实际生活水平提升的促进作用，同时提升学生将实际问题抽象为物理情景加以分析的能力。
课堂总结
一、静电平衡：任何导体在静电场中都会处于静电平衡。
→导体上电荷的分布：导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。
→在导体表面，越尖锐的位置，单位面积的电荷量越大。
二、尖端放电：
1、避雷针
2、高压设备
三、静电屏蔽：
1、金属网罩
2、同轴电缆
四、静电吸附：
1、静电除尘
2、静电喷漆
3、静电复印
板书设计
§9.4静电的防止与利用
1、静电平衡：
①建立时间非常短。
②处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。
③导体内部无电场线分布，外表面场强方向必跟该点的表面垂直。
2、导体上电荷的分布：
①导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。
②在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大。
3、尖端放电：
①避雷针
②高压设备
4、静电屏蔽：
①金属网罩
②同轴电缆
5、静电吸附：
①静电除尘
②静电喷漆
③静电复印
作业设计
1、梳理本节知识点。
2、教材P22“练习与应用”。
教学反思与评价