高三物理教案：《靜電屏蔽》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　1．了解導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應(yīng)現(xiàn)象；

　　2．理解電場(chǎng)中處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)；

　　3．了解靜電屏蔽現(xiàn)象。

　　二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

　　1．靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性，即其電荷分布、電場(chǎng)分布等，這是重點(diǎn)。

　　2．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，這是難點(diǎn)。

　　三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

　　四、教    具：

　　1．演示靜電感應(yīng)：起電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)（一對(duì)）、驗(yàn)電球、驗(yàn)電器（兩個(gè)），帶有絕緣支架金屬球一個(gè)。

　　2．法拉第圓筒演示靜電平衡導(dǎo)體，內(nèi)部無(wú)凈余電荷：法拉第圓筒，驗(yàn)電器（一個(gè)），驗(yàn)電球，起電機(jī)。

　　3．靜電屏蔽演示：金屬網(wǎng)罩（一個(gè)），帶絕緣支架金屬球，驗(yàn)電器。

　　4．計(jì)算機(jī)、大屏幕，自制CAI課件

　　五、教學(xué)過(guò)程：

　　（一）復(fù)習(xí)提問(wèn)

　　1．電場(chǎng)的重要性質(zhì)是什么？對(duì)放入其中的電荷有力的作用。

　　2．導(dǎo)體的重要特征（或說(shuō)導(dǎo)體導(dǎo)電的原因）是什么？導(dǎo)體內(nèi)部有大量自由電荷。

　　3．把導(dǎo)體放入電場(chǎng)中，導(dǎo)體上的自由電荷處于電場(chǎng)中將受電場(chǎng)力作用，這時(shí)的導(dǎo)體與無(wú)電場(chǎng)時(shí)的導(dǎo)體相比有什么不同特征？

　　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)。

　�。ǘ�）引入新課

　　實(shí)驗(yàn)1 利用起電機(jī)使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把感應(yīng)起電機(jī)靠近A擺放，且接觸良好。

　　將不帶電驗(yàn)電球A先與B接觸，再與驗(yàn)電器金屬球D接觸，如此反復(fù)，可見(jiàn)D金屬箔張開(kāi)。同樣，可讓A與C接觸，再與E接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)E金屬箔也張開(kāi)。

　　由此可知B、C兩端帶電。

　　此時(shí)，若將A上電荷放掉，讓A與C接觸后與D接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)D金屬箔張角變小，可見(jiàn)B、C兩端電荷異號(hào)。

　　1．靜電感應(yīng)

　�。�1）什么叫靜電感應(yīng)：放在靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體，它的自由電荷受電場(chǎng)力作用，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布，在其表面不同部分出現(xiàn)了正、負(fù)電荷的現(xiàn)象。

　　①可根據(jù)同性相斥、異性相吸，指出本實(shí)驗(yàn)中距A近端（B端）有與A異號(hào)的電荷，距A遠(yuǎn)端（C端）電荷與A同號(hào)。

　　實(shí)驗(yàn)1中，可用A與B、C中部接觸的，再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器金屬箔不張開(kāi)，電荷分布在兩端。

　　②也可以分析距A遠(yuǎn)近不同，電勢(shì)不同，而金屬導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力作用下由電勢(shì)低處運(yùn)動(dòng)至電勢(shì)高處。

　　例如：若A帶正電，距A較遠(yuǎn)端的C端電勢(shì)比B端低，故電子向B端運(yùn)動(dòng)，B端帶負(fù)電荷。根據(jù)電荷守恒，C端帶正電荷。

　　同理可分析A帶負(fù)電荷時(shí)，感應(yīng)電機(jī)上電荷分布。

　�。�2）感應(yīng)電荷

　　靜電感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱(chēng)為感應(yīng)電荷。

　　靜電場(chǎng)中導(dǎo)體上自由電荷受電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)會(huì)不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去？

　�。�3）靜電平衡狀態(tài)

　　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(wú)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。

　　①什么是靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體上處處無(wú)電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。

　�、谔卣鳎簩�(dǎo)體內(nèi)部處處場(chǎng)強(qiáng)為零。

　　在這個(gè)特征基礎(chǔ)上進(jìn)行推論，可得靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)。

　　2．靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)：處于靜電平衡狀態(tài)，導(dǎo)體內(nèi)處處場(chǎng)強(qiáng)為零。

　�。�1）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上。

　　可采用反證法，若導(dǎo)體內(nèi)部有凈電荷，電荷周?chē)�有電�?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)。

　　實(shí)驗(yàn)2 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(kāi)為止，利用驗(yàn)電球B可先從A外表面接觸，再與驗(yàn)電器金屬球C接觸，反復(fù)幾次后，可明顯地看到C金屬箔張開(kāi)，可說(shuō)明A外表面有電荷。

　　若使B與A內(nèi)壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔將不張開(kāi)，可驗(yàn)證A內(nèi)壁無(wú)電荷。

　�。�2）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)。

　�。�3）處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，沿導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力與表面切向垂直，電場(chǎng)力做功為零。

　　所以? 電勢(shì)差為零，表面是等勢(shì)面。

　　內(nèi)部處處E=0，任兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力為零，任兩點(diǎn)等勢(shì)，所以是等勢(shì)體。

　　3．應(yīng)用

　�。�1）感應(yīng)起電（與摩擦起電比較）

　　使A帶電，B、C端將出現(xiàn)感應(yīng)電荷，把B、C分開(kāi)，各自出現(xiàn)凈電荷，從而帶電。

　　（2）靜電屏蔽

　　實(shí)驗(yàn)3

　　先使A帶電，然后移近驗(yàn)電器B，由于靜電感應(yīng)，B的金屬箔片張開(kāi)，若把B置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片不張開(kāi)。

　　簡(jiǎn)單分析：金屬網(wǎng)罩內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。

　　任取一個(gè)導(dǎo)體殼，處于靜電場(chǎng)中，殼內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。

　　反證法：若有電場(chǎng)，電場(chǎng)線(xiàn)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(xiàn)不存在。

　　（三）例題精講、鞏固提高（見(jiàn)課件）

　　1．如圖所示，A帶正電，若導(dǎo)體C端接地，問(wèn)B、C端各帶什么電荷？（B端帶負(fù)電荷，C端無(wú)凈電荷）

　　若此時(shí)斷開(kāi)C與地的連線(xiàn)， B、C端帶什么電荷？（B端負(fù)電荷，C端無(wú)電荷）整個(gè)導(dǎo)體凈余什么電荷？（負(fù)電荷）

　　若B端接地，整個(gè)導(dǎo)體凈余什么電荷？（負(fù)電荷）

　　2．導(dǎo)體桿放于點(diǎn)電荷+Q附近達(dá)到靜電平衡后，求桿中距Q為r的一點(diǎn)Q的電場(chǎng)強(qiáng)度及桿上感應(yīng)電荷在a點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。

　　解：因?yàn)闂U處于靜電平衡狀態(tài)，故Ea=0

　　a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)由+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度和感應(yīng)電荷電場(chǎng)合成。

　　EQ＋E感＝Ea＝0

　　（四）課件演示，課堂小結(jié)

　　1．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

　　基本特征：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零；電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。

　　注意：這里的“場(chǎng)強(qiáng)”，指的是合場(chǎng)強(qiáng)。

　　2．靜電屏蔽：導(dǎo)體殼可以使其內(nèi)部所包圍的區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。

　　（五）布置作業(yè)

　　1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文。

　　2．思考一下靜電屏蔽有何應(yīng)用。

　　說(shuō)明：

　　1．導(dǎo)體的靜電平衡條件是本節(jié)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，在見(jiàn)解是可借助多媒體課件（或圖片）著重分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，指的是感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)與外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后，合場(chǎng)強(qiáng)為零，要使學(xué)生真正理解靜電平衡條件，必須使他們清楚地知道推理過(guò)程。

　　2．導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的電荷分布規(guī)律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，因此必須重視實(shí)驗(yàn)，做好演示，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，然后再?gòu)撵o電平衡條件加以說(shuō)明，讓學(xué)生在理論和實(shí)際的結(jié)合中理解知識(shí)。

　　3．靜電屏蔽現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中有很多應(yīng)用，講解時(shí)要結(jié)合實(shí)際才能使學(xué)生真正理解。

　　4．為了鞏固學(xué)到的知識(shí)，本節(jié)安排了兩個(gè)例題，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行分析講解，然后再讓學(xué)生做練習(xí)，最后對(duì)本節(jié)內(nèi)容作簡(jiǎn)要小結(jié)，布置課后作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容可根據(jù)情況自行安排。