9.4静电的防止与利用 教学设计-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

“静电的防止与利用”教学设计 1、 教材分析 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。做好演示实验是本节课的关键。 2、 学情分析： 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。这样不仅突出重点，也为后面做好铺垫。带电导体的电荷分布的特点对于学生来说难以理解，因此需要做好实验演示。 3、 教学目标： 1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。 2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。 3.科学态度.知道静电平衡状态下电荷的分布规律。 4科学责任.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用，了解静电吸附的原理及其应用。 5科学思维.了解生产、生活中静电的利用和防止。 4、 教学重难点： 重点：1.知道静电平衡的概念 2.知道导体上电荷的分布规律 3.知道什么是静电屏蔽及其相关应用 4.静电的防止和利用方法 难点：1.理解静电平衡的特征 2.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。 5、 教学方法： 实验探究法、分析讲授法、情境分析法、归纳总结法 6、 教具准备： 多媒体课件，电子起电机，法拉第笼，异型金属导体，金属片，导线等 7、 教学过程： 【组织教学】教师：上课，同学们好！ 【导入新课】 [环节一：课堂引入1--实验] 教师：今天我们学习的内容是静电的防止与应用，在开始新课之前，我们先来看一个实验，同学们观察灯管靠近灯球之后，灯管有何现象？2.金属笼罩住灯管后，发生什么现象？ 教师：出现该现象的原因是什么？我们带着这个问题进入今天的学习。 【讲解新课】 教师：有以下4个问题，同学们认真思考并回答： 教师：问题1：金属导体的微观结构如何？ + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - + + + + - 学生：略 教师：原子核在原位置振动，电子穿梭其中，金属导体内部外层电子与原子核间的相互作用比较弱，容易脱离且在金属内部游离，称为自由电子，不带电时，自由电子均匀分布，对外不显电性。 教师：问题2：若把不带电的金属导体放入电场中，将会出现什么现象呢？ 学生：略 教师：电场会对放入其中电荷有力的作用，由于负电荷受到静电力的方向与电场强度的方向相反，所以自由电子受到相左的静电力。自由电子开始定向移动。 教师：问题3：自由电子定向移动会导致怎样的情况发生？ 学生：略 教师：电子在AB端集聚，CD端正电荷“剩余”出来。AB端感应出负电荷，CD端感应出正电荷。感应电荷在导体内部产生一个感应电场E'，方向与E0相反。最开始时，外电场强，感应电场弱，合电场方向向右，电子还受到向左的电场力，依旧向左运动，合场减弱. 教师：问题4：自由电子的定向移动会一直进行下去吗？ 学生：略 教师：感应电场E'与外电场E0叠加抵消，直到导体内部各点的电场强度E=0,导体内自由电子不再发生定向移动，达到静电平衡状态。 教师：给出静电平衡的定义 教师：同学们总结处在静电平衡状态的导体具有什么特点呢？ 学生：略 教师：①时间短，瞬间完成。②处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零（各点合场强）,即E内合=0，实质是E0=-E′。 教师：电荷分布具有什么特点？ [演示实验2] 教师：观察和思考：给尖形布电器带上静电后，金属尖端，表面和内部的电荷分布？ 教师：导体处在静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷分布在导体表面。 表面越尖锐的位置，电荷的密度越大。 教师：处在静电平衡状态的导体电荷分布的特点是：③静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面，越尖锐的地方，电荷密度越大。④导体外部电场线与导体表面垂直. 教师：如果将导体内部挖空，导体还能达到静电平衡状态么？还能具有以上的特点么？ 学生：略 教师：实际上空腔内的导体的自由电子依旧受到向左的静电力的作用，移动到左侧，左右两端的感应电荷在导体内产生一个方向向右电场，最终合场强等于0，达到静电平衡状态，内部合场为零，没有电场线。 教师：同学们将电学仪器放入其中，会受到影响么？ 学生：略 教师：因为内部合场为零，放入其中的电学仪器不会受到影响。外壳对于内部仪器的保护称作静电屏蔽。 教师：思考静电平衡状态的空腔满足的电荷分布？ 学生：略 教师：只分布在外表面，内表面不带电，空腔内电场强度为0。 [学生探究实验]：学生用小刀划开网线外层的绝缘套，观察内部解构？ 学生：发现内部金属丝制成的网包裹传输线。 教师：基于这种保护作用常应用于屏蔽线，屏蔽衣中，当电线和人进入电场时，由于外部的金属网会瞬间达到静电平衡状态，对网内的线和人没有影响，起到保护作用。 教师：还有三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。 教师：对于学完以上的知识点，我们就可以解释刚才的实验现象了。哪个学生说一下？ 学生：略 教师：灯球充电后，周围存在电场，灯管靠近灯球之后，由于静电感应灯管变亮？金属笼罩住灯管后，灯管灭，因为当笼子放进之后，瞬间达到静电平衡状态，内部灯管不受外电场的干扰，不会亮。 教师：导体处在静电平衡时，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 , 会出现什么现象呢？ 教师：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，带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离，新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离，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。尖端上的电荷被中和等效于尖端释放电荷。该现象就是尖端放电现象。 教师：常见的应用就是避雷针，原理是金属棒通过导线和埋在地下的金属板相连，带电的云层靠近建筑物时，金属棒感应出异种电荷，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。 教师：另外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。 [演示实验3--尖端放电吹蜡烛现象] 教师：原因：尖端以及金属板接电，导体尖端电荷密度大，尖端周围电场强，电离空气分子，分子中正负电荷分开，由于静电力的作用，负电荷靠近尖端，正电荷远离尖端，正电荷运动过程中吹灭蜡烛。 教师：那么除了以上应用以外，还有那些应用呢？ 学生：略 教师：静电吸附也被广泛应用，静电吸附的原理：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。 教师：静电除尘，应用原理就是静电吸附。B附近的空气中气体分子被电离，电子在向着正极A运动的过程中，遇到灰尘，会使灰尘带负电，带负电的小灰尘在静电力的作用下，向着正极A运动，最后被吸附到正极A上。 [演示实验4--静电除尘现象] 教师：静电喷漆，静电复印的应用原理就是静电吸附。 静电喷漆，用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，这就是静电喷漆。 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。 教师：事物都是具有两面性，静电也有危害，例如静电产生的火花遇到可然的气体液体会发生活在甚至是爆炸，所以我们也要防止。改善人体湿度，室内保持湿度，选择全棉衣服，静电释放装置。 【课堂总结】这节课我们学习的基本知识就是静电平衡，以及静电的应用与防止，没想到小小的静电知识蕴含这么多的物理知识，同学们在今后生活中也要多体会物理与生产生活的密切联系。 【课后作业】梳理本课内容，完成本节练习册相关习题。 八、板书设计： §9.4 静电防止与利用 1、 静电平衡： 1. 定义: 运动物体的质导体中无电荷定向移动的状态,叫静电平衡状态。 2. 特点：①时间短，瞬间完成②处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零（各点合场强）,即E内合=0，实质是E0=-E’，③静电平衡时导体内部没有电荷（净电荷），电荷只分布在导体的外表面。④导体外部电场线与导体表面垂直. 二、静电屏蔽 1. 定义：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，内部的电学仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。 2. 达到静电平衡的空腔导体净电荷分布特点：只分布在外表面，内表面不带电，空腔内电场强度为0。 3. 实质：静电屏蔽实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷的产生的电场和外加电场并存，矢量和为零。 4. 应用：屏蔽线，屏蔽服，高压线屏蔽 三、尖端放电 1.定义：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。 2. 应用：避雷针，高压设备 四、静电吸附 1. 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。 2. 应用：静电除尘，静电喷漆，静电复印 五、静电防止 九、教学反思： 本节课教学设计主要以学生为主，通过生活中的小例子，小实验拉进学生对物理学习的距离，注重学生学习过程的亲身体验，体现了“自主性学习”和“探究性学习”的教学思想。本节课以学生为主体，环环相扣，通过灯管靠近特斯拉灯球变亮，笼子罩住变灭的现象引课，引发学生高度注意力，异形导体带电后取电探究电荷情况，学生自主探究网线内部金属丝的屏蔽，尖端放电吹蜡烛现象，自制简易静电除尘装置进行静定除尘。体现物理与生产生活的密切联系。本节课仍存在不足之处：由于潮湿原因导致异形导体带电后静电计的张开情况实验现象不明显，只能通过图片观察现象，在接下来的出课中，要有预案，减少该现象的出现。接下来还要继续努力，勤加练习，期待下一次的精彩表现。 学科网（北京）股份有限公司 $