9.4 静电的防止与利用 教案 高中物理新人科版必修第三册（2022年）.docVIP

9.4静电的防止与利用 本节的主要概念是静电平衡，掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的过程。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。引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。应用静电平衡知识，认识尖端放电现象和静电屏蔽现象，最后是静电在实际生产生活中的应用。 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。 科学思维：掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程。 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。 科学态度与责任：经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度。 重点：掌握静电平衡的概念、理解静电平衡的特征。 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。 多媒体课件、验电器、金属小球等， 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。 在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器? （播放加油站不规范操作起火的动图）带着这两个疑问，本节课我们一齐来学习《静电的防止与利用》。（板书课题） （一）静电平衡 问题1：金属导体的微观结构如何？ 金属导体内部存在大量的自由电子，他们在金属内做无规则的热运动，但是从整体看他们，没有反生宏观的定向运动。所以不显电性。 问题2：如果把金属导体ABCD放入电场强度为E0的电场中自由电子怎样移动？ 刚开始金属板内的电子受到向左的电场力的作用，朝着左边向定向运动。 问题3：自由电子会在什么地方积聚？ 在导体两端，积聚等量异种电荷，即金属板的左侧就集中了一些负电荷，相应的右侧就剩下了等量的正电荷。即和我们前面学习的静电感应现象是一样的。 问题4：自由电子会一直不停的积聚吗？ 自由电荷在金属内部产生了一个附加场强E?，E?的方向与外加场强E0相反，它两叠加起来。即 E合= E0–E? 一开始外加场强E0仍然大于附加场强E?，合场强仍然向右。于是自由电荷继续做定向运动，板两侧的电荷就继续增大。当 E?=E0 即 E合= E0–E?=0 金属导体内部合场强为零，自由电子不再发生定向移动。电荷分布达到稳定，这种状态叫做导体的静电平衡状态。即 金属导体中，没有电荷定向移动的状态，这种状态叫静电平衡状态。 导体处于静电平衡时，其内部场强处处为0。如果静电平衡时导体内部的电场不为零，那么自由电子就要在库仑力的作用下做定向移动，那就不是静电平衡状态了。这是静电平衡状态的重要特征。 例1：如图所示，带正电小球A靠近不带电的金属导体B，由于静电感应导体B的左端出现负电荷，右端出现正电荷，下列说法，正确的是(　 　) A、用手摸一下B的左端，B将带正电 B、用手摸一下B的右端，B将带正电 C、用手摸一下B的中部，B将不带电 D、用手摸一下B的任何部分，B都将带负电 解题提示：用手受摸导体B之后相当于加长了导体B，那么导体B的远端就在地球的那边了，所以最后只剩下异种电荷。选D。 （二）尖端放电 问题1：电荷分布有何特点呢？ 通过平衡条件来分析这个问题。 如图这是一个静电平衡时的导体E=0。假设导体内部也有电荷存在，那么这个电荷紧挨的位置肯定有场强，即场强E≠0，这是不满足静电平衡条件的，所以静电平衡时导体内部一定没有电荷。即 ①导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 问题2：那这些电荷是均匀分布的吗？ 画图阐述：这和形状有关，一般说来在导体突出的尖端电荷分布会更密集，比如这导体，这是三个尖端的电荷较密，而凹侧部分几乎没有电荷。即 ②在导体外表面 ， 越尖锐的位置，电荷的密度越大。 画图阐述：不仅如此导体突出的尖端上电场线也比较密、或者说场强较大。这个性质会导致一个有趣的现象——空气的电离。 当尖端电荷密度足够大时，尖端附近的场强很强，这个场强可以使空气中原有的少数正负离子加速，获得较大的动能，这些离子在运动过程中与其他空气分子碰撞，使中性的分子电离。产生新一代的正负离子，这些离子又被加速，继而又去碰撞中性分子，又会产生新的离子，这样在短时间内尖端附近的离子激增。这种现象叫做空气的电离。 在这周围有正负离子，根据同性相斥，异性相吸。这些离子中与导体尖端异种的离子向尖端运动。到达导体后，与导体所带电荷中和，而与导体带同种电荷的离子，则被排开。就好像有电荷从带电导体的尖端释放出来一样，这就是尖端放电现象。 （播放动图）尖端放电现象，可以看到蜡焰会被推开，这是由于正离子飞过来的缘故。 尖端放电现象的利用——避雷针 （播放动图）对比撞避雷针的建筑和不装避雷针的建筑，阐述避雷针的原理。 如果建筑物安装了避雷针，在避雷针上产生的感应电荷