9.4 静电的防止与利用 教学设计 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

静电的防止与利用教学设计 教学目标 1.学生能用原子结构模型，分析静电场中实心导体内自由电荷的受力及运动情况，概括处静电平衡状态下导体的特征，建构物理模型。 2 学生通过静电除尘等静电现象的应用的资料收集及理论分析，从物理学视角正确描述和解释与静电有关的自然现象，综合应用物理知识解决静电的应用与防护问题，培养可持续发展的责任感。 3 学生通过自制学具进行实验探究，观察，分析总结出带电导体电荷分布的特点。通过探究式学习过程，加强学生间的交流与合作，提高科学探究素养。 教学内容 教学重点： 1.重点：掌握静电平衡的概念、理解静电平衡的特征。 2难点：应用静电平衡知识，认识尖端放电现象和静电屏蔽现象。 教学过程 一、新课引入 自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。 我们来看下这段《加油向未来》中的视频。 （播放静电击汽车的视频）为什么站台上的实验员可以释放“闪电”，为什么汽车里的嘉宾安全无恙？带着这两个疑问，我们一起来学习《静电的防止与利用》。 设计意图：通过震撼的科技实验视频，调动学生学习热情和好奇心。 2、 新课教学 1. 静电平衡 同学们想一想，生活中有哪些与静电有关的现象呢？大家都有这样的体验干燥的冬天，当用手靠近金属门板，有时会有被电击的感觉，如果在暗处还能看到其间产生的静电火花，这是火花放电现象，有时这样的静电火花也会引发巨大的事故，例如，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，加油站里，引起汽油爆炸……因此，静电的危害必须引起人们的警惕。 我们如何防止静电给我们带来的危害呢？要想防止静电火花的危害，我们先得弄明白这些放电现象的原理是怎样的？人手靠近金属门板时，金属是导体，我们把这些现象发生的情境抽象为带电体C靠近导体AB。导体A端会感应出负电荷，B端感应出正电荷，展示感应起电图片，复习相关内容。 问题、把一个不带电的导体放入电场强度为E的电场会出现怎样的现象? 金属晶体结构模型中，每个金属阳离子周围都有自由电子在其附近做无规则的热运动，当在其所处空间加一匀强电场E0，电子受电场力的作用向左移动，左端感应出负电荷，右端感应出正电荷。感应电荷激发向左的电场，当导体内部合场强为零时，电子不再定向移动。导体达到静电平衡状态。 归纳总结： · 静电平衡状态：导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态。 · 导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，即E感=E0，方向相反。 问题3：静电平衡状态的导体内电荷不再定向移动，感应电荷是怎样分布呢？ 演示实验“验电帆”，“尖端放电”视频 实验现象：1、“验电帆”带电后，只有在验电帆外侧的验电羽“飘”了起来，而内部的验电羽没有任何变化 2、带电导体，只在尖端部分发生放电现象。 总结：由实验现象可以知道处于静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点： 1、导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2、在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 2.尖端放电 结合静电平衡状态下导体的电荷的分布特点，PPT模拟动画介绍尖端放电过程。 尖端放电过程 导体尖端电荷密度大，附近电场特别强，使空气中的带电粒子加速运动，获得能量.带电粒子与空气中的中性分子碰撞，使空气分子中的正负电荷分离，发生电离.新产生的正、负离子在电场作用下运动，与空气分子碰撞，产生更多的正、负离子.与尖端带异号电荷的离子将向尖端运动，与尖端电荷中和，相当于尖端失去电荷，被称为尖端放电. 应用：避雷针。 播放避雷针模拟实验视频。 避雷针“避雷”的原理是什么？ 雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击. 日常生活中，电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。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。 同学们也可以利用尖端放电原理，课下自制电风车。 3.静电屏蔽 演示实验 静电屏蔽 罩上金属网后金属箔不张开 想一想：将一个带空腔导体置于静电场中，导体电荷分布有何特点？导体中的电场强度是多大？ 展示带空腔导体置于匀强电场中，达到静电平衡后的电场线分布。 导体壳壁电场强度为零，感应电荷激发的电场与外电场在导体壳壁的合电场强度为零。若用空腔将仪器罩住，外界电场不会影响仪器 问题5：你能解释实验操作员为何不会受到电击伤害吗？金属网衣的作用是什么？ （金属网衣内部电场强度始终为零，人处于电场