4. 静电的防止与利用（表格式教学设计） 物理人教版2019必修第三册

年级

高二年级

学科

物理

教师

课题

第4节   静电的防止与利用

教学

目标

物理观念

1.理解“静电平衡”内涵，认识导体内部、导体表面电荷分布与几何形状相关的物质观。
2.认识电场能被技术性“放电”“屏蔽”“吸附”的可控可用，形成“场—荷相互作用”系统观。

科学思维

1.能用“叠加原理”解释导体内场强为零的形成过程；
2.运用“近似尖端→局部曲率半径极小→表面电荷密度极大→局部场强极大”的推理链条分析尖端放电原理；
3.通过比较分析把“屏蔽”与“接地”区别开来。

科学探究

1.设计并评价“法拉第笼实验”“带电体尖端放电演示实验”方案，体验变量控制与安全规范；
2.通过讨论“加油前触摸静电释放器”的情境，提出假设、搜集证据、建构解释。

科学态度

与责任

1.认识静电灾害对安全生产的威胁及防范措施，增强安全用电意识；
2.尊重历史上法拉第等科学家的贡献，体悟科学研究与社会需求相结合的价值；
3.树立绿色生产理念，了解静电除尘对改善大气环境的重要意义。

教学重难点

教学重点：

1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。

2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。

教学难点：

知道导体上电荷的分布规律。

教学过程

教师活动

学生活动

教学引入

【提出问题】   

自然界到处有静电。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。在加油站加油前，为什么必须用手要触摸一下静电释放器？

举例说明生活中静电的例子和危害

新课讲授  一、静电平衡

【提出问题】

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?

温馨提示：

（1）金属导体的微观结构如何？

（2）如果将金属导体放入电场中自由电子怎样移动？

（3）自由电子会在什么地方积聚？

（4）电子的积聚会出现怎样的结果？

（5）最终会出现怎样的现象？

探究分析：

（1）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）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′。

（3）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。

学生分组讨论

学生分析讨论结果，不同小组补充解释。

【板书与展示】

1.静电平衡状态的定义：

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）导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。

学生识记内容

新课讲授 二、尖端放电

【实验演示】尖端放电现象

【提出问题】为什么会产生尖端放电现象？

【板书与解释】

1.导体上电荷的分布

（1）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.尖端放电的原理

（1）导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。

（2）中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子，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。这个现象叫尖端放电。

3.尖端放电的应用

学生举例尖端放电的例子，分组讨论原因

学生识记内容

新课讲授  三、静电屏蔽

【实验演示】法拉第笼实验

【提出问题】为什么法拉第笼力的人没有危险？如何解释这一现象？

1.静电屏蔽：由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为零，相当于遮挡了外界电场对它内部的影响，这种现象叫做静电屏蔽。

学生分组实验，并讨论所提问题

学生识记内容