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2019-2020年高中物理《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》教案4 新人教版選修3-1 一、教學(xué)目標(biāo) 1.知識(shí)與技能 了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征。 了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)。 了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象。 2.過程與方法 通過觀察演示實(shí)驗(yàn)及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理，培培養(yǎng)學(xué)生分析推理能力。 3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀 體會(huì)生活中的靜電現(xiàn)象，提高抽象思維水平,培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力、科學(xué)探索精神。 二、教學(xué)設(shè)想 緊抓電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)的概念，先要講清靜電平衡的基本原理．再從電勢(shì)的角度分析．導(dǎo)體剛放入電場(chǎng)中的瞬間，導(dǎo)體不同部位電勢(shì)不同，所以負(fù)電荷向高電勢(shì)處移動(dòng)，正電荷向低電勢(shì)處移動(dòng)，結(jié)果由電勢(shì)疊加原理，高電勢(shì)處的電勢(shì)降低了，低電勢(shì)處的電勢(shì)升高了．當(dāng)導(dǎo)體各處電勢(shì)相等時(shí)，就再無電荷移動(dòng)，即導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。從而得到處于靜電平衡的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì) 體的結(jié)論。從電場(chǎng)強(qiáng)度的角度分析，如果凈電荷分布在導(dǎo)體內(nèi)部，則內(nèi)部就會(huì)有沒有被抵消的電場(chǎng)， 導(dǎo)體 內(nèi)部的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下會(huì)定向移動(dòng)，這就違背了靜電平衡的定義．從電勢(shì)角度分 析，如果凈電荷分布在導(dǎo)體內(nèi)部，則內(nèi)部就有電場(chǎng)，電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)是不同的，這 就違 背了處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體的結(jié)論．所以孤立導(dǎo)體的凈電荷一定分布在它 的外表面。 對(duì)于尖端放電和靜電屏蔽采用先理論分析后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的教學(xué)方法。 三、教材分析 本節(jié)由靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)、導(dǎo)體上電荷的分布、尖端放電、靜電屏蔽四部分內(nèi)容組成。本節(jié)的主要概念是靜電平衡，掌握靜電平衡的概念，理解靜電平衡的特征是本節(jié)的重點(diǎn)。利用靜電平衡知識(shí)，認(rèn)識(shí)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象是本節(jié)的難點(diǎn)。做好演示實(shí)驗(yàn)是這堂課的關(guān)鍵。 四、重點(diǎn)、難點(diǎn) 靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性； 運(yùn)用電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)，分析、推理出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的成因 五、教學(xué)方法 綜合分析法、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法 六、教具準(zhǔn)備 起電機(jī)、驗(yàn)電器、金屬球殼、帶絕緣支架金屬球、法拉第圓筒、尖端放電演示儀 、金屬網(wǎng)罩、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 七、教學(xué)過程 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 【引入】 復(fù)習(xí)： ★問題： 1、電場(chǎng)的重要性質(zhì)是什么？ （對(duì)放入場(chǎng)中的電荷有力的作用） 2、導(dǎo)體的重要特征是什么？ （由做熱振動(dòng)的正離子和做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的自由電子組成 ） 3、什么是靜電感應(yīng)現(xiàn)象？ （把電荷移近不帶電的異體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象） 4、靜電感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是什么？ （感應(yīng)起電是使物體中的正負(fù)電荷分開，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分） ★問題： 在電場(chǎng)中引入金屬導(dǎo)體后會(huì)對(duì)空間各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)有影響嗎？ 是什么作用使金屬內(nèi)的電子定向移動(dòng)的？此移動(dòng)一直進(jìn)行嗎？ 金屬導(dǎo)體內(nèi)部有電場(chǎng)嗎？ 引導(dǎo)學(xué)生分析： 若是金屬導(dǎo)體，自由電子在電場(chǎng)力作用下將發(fā)生定向移動(dòng)，使兩端出現(xiàn)不同的電荷分布，從而引起導(dǎo)體的某些新的性質(zhì)。 傾聽、思考、回答 ↓ 增強(qiáng)記憶、為這節(jié)課的內(nèi)容做好鋪墊 ↓ 【新課教學(xué)】 ■一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng) 分析： 導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，自由電荷受力，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布。重新分布的電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，阻礙電荷定向移動(dòng)，直至最后無電荷定向移動(dòng)為止，這時(shí)感應(yīng)電荷電場(chǎng)與原電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。 ★問題： 什么是靜電平衡狀態(tài)； （導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)） ★問題：靜電平衡狀態(tài)時(shí)具有什么樣的特征？ 特征： 1、處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體表面上任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)表面垂直?？捎梅醋C法證明，若不垂直，沿表面有切向分量電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。 2、處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，它的表面是等勢(shì)面，沿導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功。 可采用反證法，若導(dǎo)體內(nèi)部有凈電荷，電荷周圍有電場(chǎng)，那么導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。 傾聽、分析、回答、總結(jié) 培養(yǎng)學(xué)生的分析問題的能力 ■二、導(dǎo)體上電荷的分布 一個(gè)導(dǎo)體，不論原來是否帶點(diǎn)，放入電場(chǎng)中以后，都會(huì)由于靜電感應(yīng)而在導(dǎo)體的不同部位出現(xiàn)不同的電荷。那么，在靜電平衡狀態(tài)下，導(dǎo)體上的電荷怎么分布呢？ 【演示】： 法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)。 先用起電機(jī)使筒A帶電，至A中箔片張開。 利用驗(yàn)電器B先從A外表面接觸，再與金屬球C接觸，反復(fù)幾次后，可看到C金屬箔片張開。（下圖） 說明：A外表面游電荷 若使B與A內(nèi)壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔片將不張開。（下圖） 說明：A內(nèi)壁無電荷 ○靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)： ?。禾幱陟o電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上。 ⅱ：在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。（課本圖1.4-5） 傾聽、觀察、思考、總結(jié) 培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析問題的能力 ■三、尖端放電 導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別強(qiáng)，它會(huì)導(dǎo)致一個(gè)重要的后果，就是尖端放電。再導(dǎo)體尖端附近放一根點(diǎn)燃的蠟燭。當(dāng)我們不斷給導(dǎo)體充電的時(shí)候，火焰就好像被風(fēng)吹動(dòng)一樣朝背離尖端的方向偏移。這就是尖端放電引起的后果。 ★問題：為什么會(huì)引起這種后果？ ☆：因?yàn)樵诩舛烁浇鼜?qiáng)電場(chǎng)的作用下空氣中殘留的離子會(huì)發(fā)生激烈的運(yùn)動(dòng)。在激烈的運(yùn)動(dòng)過程中它們和空氣分子相碰時(shí)，會(huì)使空氣分子電離，從而產(chǎn)生大量新的離子，這就使空氣邊得易于導(dǎo)電。與尖端上電荷同號(hào)的離子受到排斥而飛向遠(yuǎn)方，蠟燭的火焰偏移就是受到這種離子形成的“電風(fēng)”吹動(dòng)的結(jié)果。 ★問題：什么是點(diǎn)暈放電？ ☆：在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，物體曲率大的地方(如尖銳、細(xì)小的頂端，彎曲很厲害處)附近，等電位面密，電場(chǎng)強(qiáng)度劇增，致使這里空氣被電離而產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，稱為電暈放電。 ★問題：什么是尖端放電？ ☆：尖端放電為電暈放電的一種，專指尖端附近空氣電離而產(chǎn)生氣體放電的現(xiàn)象。 尖端放電演示儀 避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。 傾聽、分析、回答 ↓ 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決問題的能力 ↓ ■四、靜電屏蔽 【演示】 先使金屬球帶電，然后移近驗(yàn)電器，由于靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器的金屬箔片張開，若把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的金屬箔片不張開。（下圖） 分析：金屬網(wǎng)罩內(nèi)無電場(chǎng)。任取一個(gè)導(dǎo)體殼，處于靜電場(chǎng)中，殼內(nèi)無電場(chǎng)。 反證法：若有電場(chǎng)，電場(chǎng)線發(fā)自殼壁，終止于殼壁，與殼是等勢(shì)體相矛盾，這樣的電場(chǎng)線不存在。 傾聽、觀察、分析、回答 培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和解決問題的能力 ■五、小結(jié) 讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容 總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容 培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力 ■六、鞏固練習(xí) 閱讀科學(xué)漫步 引導(dǎo)學(xué)生完成問題與練習(xí)P28-1、2、3、4 【板書設(shè)計(jì)】 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 ■一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng) （一）靜電平衡狀態(tài)： 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài) （二）靜電平衡狀態(tài)下的特征？ 1、處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。 2、處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，它的表面是等勢(shì)面，沿導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功。 ■二、導(dǎo)體上電荷的分布 靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)： ?。禾幱陟o電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上。 ⅱ：在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。 ■三、尖端放電 尖端放電為電暈放電的一種，專指尖端附近空氣電離而產(chǎn)生氣體放電的現(xiàn)象。 四、靜電屏蔽