備課人
學科
物理
課題
靜電的防止與利用
教學內(nèi)容分析
《靜電的防止與利用》是物理必修第三冊第九章第4節(jié)。本節(jié)的主要內(nèi)容是對靜電平衡狀態(tài)建立過程及處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點的分析，是在學習了電場的相關(guān)知識后，學生對靜電場在生活中具體應(yīng)用的一次進一步了解，也是運用電場相關(guān)知識對實際問題進行分析的一次練習。教材從對處于靜電場中的導(dǎo)體建立靜電平衡的過程的分析開始，得出了處于靜電平衡的導(dǎo)體的特點，再根據(jù)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體上凈電荷的分布規(guī)律引出了尖端放電現(xiàn)象及其應(yīng)用，又由處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部的電場情況引出了靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用，最后介紹了靜電吸附的幾個具體應(yīng)用。
在教學中，教師要注意引導(dǎo)學生利用前面所學的靜電場知識將實際問題的情景抽象為物理模型，鍛煉學生的分析、建模、應(yīng)用知識點的能力。
學情分析
通過前面幾節(jié)的學習，學生已經(jīng)對靜電場中關(guān)于靜電力的計算有了初步的認識，對靜電場也有了簡單的了解。作為本章的最后一節(jié)，學生要通過學習對前面所學的知識進行綜合練習，來分析靜電的防止與利用。為此，學生需要有基本的建模能力，需要對已學的知識點有較為清晰的認識，并能靈活地加以運用，同時，也需要具備一定的生活經(jīng)驗。以上也是通過教學要讓學生加以鍛煉并不斷提高的能力。
教學目標
1.理解靜電平衡狀態(tài)的形成過程，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為0。
2.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象，了解靜電的防止的原理。
3.知道靜電吸附原理，了解靜電吸附在靜電除塵等技術(shù)中的應(yīng)用。
4.關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象，體會物理學與生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系。
教學
重難點
教學重點：
理解靜電平衡的概念及特征。
教學難點：
應(yīng)用靜電平衡知識認識導(dǎo)體的電荷分布特點、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象。
教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設(shè)計意圖
新課導(dǎo)入
【提問】自然界到處都有靜電。生活中的穿衣、脫衣、運動等過程都可能產(chǎn)生靜電。在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？
→靜電有其有利的一面，也有有害的一面。為做好靜電的防止和利用，我們需要先學習靜電平衡。
觀察圖片，結(jié)合生活經(jīng)驗，進行思考。
從生活中常見的現(xiàn)象入手，引發(fā)學生思考，引出本節(jié)課要研究的問題。
環(huán)節(jié)一
靜電平衡
【提問】將導(dǎo)體放置在電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷在電場力的作用下將怎樣運動？
【提問】自由電荷的定向移動會使得導(dǎo)體內(nèi)部的電荷分布發(fā)生怎樣的變化？又會帶來什么影響？
【提問】隨著自由電荷的不斷定向移動，這種影響會怎樣變化？最終會達到一個什么樣的狀態(tài)？
【提問】此時導(dǎo)體內(nèi)部的合場強是多少？
→靜電平衡：導(dǎo)體中無電荷定向移動的狀態(tài)，叫靜電平衡狀態(tài)。
【講述】靜電平衡的特點：
1.金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。
2.處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強處處為零。
3.導(dǎo)體內(nèi)部無電場線分布，外表面處場強方向必跟該點的表面垂直。
結(jié)合力學部分的知識和前兩節(jié)所學電場力的知識，思考并作答：
導(dǎo)體中自由電荷在電場力作用下將發(fā)生定向移動。
思考并作答：
導(dǎo)體兩端出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體中產(chǎn)生反方向電場強度Eˊ。
思考并作答：
導(dǎo)體兩端聚集的正負電荷越來越多，導(dǎo)體內(nèi)部的反向電場Eˊ越來越強。
感應(yīng)電荷的電場增到與外電場相等時E'＝E0，自由電荷的定向移動停止。
結(jié)合前面所學電場的疊加原理，思考并作答：
導(dǎo)體內(nèi)合場強為零。
在前面分析的基礎(chǔ)上加以理解。
在前面學習的基礎(chǔ)上讓學生進行分析，一方面能引出本節(jié)課要學習的結(jié)論，另一方面也鍛煉了學生運用所學知識點的能力。
結(jié)合感應(yīng)起電與電場的知識，使學生對本章的知識點有整體的認知。
引導(dǎo)學生在前面分析的基礎(chǔ)上不斷深入，思考變化累積到一定程度時出現(xiàn)的臨界變化。借此鍛煉學生分析物理動態(tài)變化過程的能力。
在逐步分析的基礎(chǔ)上引出靜電平衡的概念和特點，便于學生理解。
環(huán)節(jié)二
導(dǎo)體上
電荷的分布
【提問】處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體中的電荷是怎樣分布的呢？
【播放視頻】法拉第圓筒。
【提問】這說明了什么？
【播放視頻】不規(guī)則帶電體。
【提問】這說明了什么？
→單位面積的電荷量稱為電荷密度。
【講述】靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷分布如圖所示。
導(dǎo)體上越尖銳的地方電荷的密度越大，周圍的場強也越大。
思考。
觀看視頻。
思考并作答：
導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。
觀看視頻。
思考并作答：
在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，單位面積的電荷量越大。
觀察、思考。
在靜電平衡概念的基礎(chǔ)上，通過視頻引導(dǎo)學生觀察實驗，體會處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的電荷分布特點。
引導(dǎo)學生將實驗現(xiàn)象歸納為結(jié)論。
環(huán)節(jié)三
尖端放電
【提問】導(dǎo)體上越尖銳的地方電荷的密度越大，周圍的場強也越大。這種特點可以加以應(yīng)用嗎？
【講述】導(dǎo)體周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動。
【講述】帶電粒子與氣體分子碰撞使氣體分子中的正負電荷分離。
→強電場使空氣分子中正負電荷分離的現(xiàn)象叫做空氣的電離。
【提問】新產(chǎn)生的帶電粒子對空氣的電離現(xiàn)象有何影響？
【提問】電離產(chǎn)生的帶電粒子在電場的作用下向哪個方向運動？
【提問】空氣的電離容易在導(dǎo)體的什么部位發(fā)生？
→導(dǎo)體尖端的強電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，這相當于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。
【提問】尖端放電在生活中有哪些實際應(yīng)用或現(xiàn)象呢？
【播放視頻】模擬避雷針。
【提問】避雷針是怎樣工作的？
【講述】在高壓設(shè)備上，尖端放電會使高壓設(shè)備上電能損失，故高壓設(shè)備導(dǎo)體的表面都是非常光滑。
→夜間高壓線周圍出現(xiàn)的綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象。
思考。
結(jié)合靜電平衡時導(dǎo)體電荷分布的特點、電荷在電場力作用下的運動思考、分析。
結(jié)合化學知識認識空氣的電離現(xiàn)象。
思考并作答：
新產(chǎn)生的帶電粒子在強電場的作用下使空氣進一步電離。
思考并作答：
電離產(chǎn)生的帶電粒子在電場的作用下，向著與自己電荷符號相反的一端運動。
思考并作答：
導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，因此，使空氣分子電離的現(xiàn)象更容易發(fā)生在導(dǎo)體的尖端。
思考。
觀看視頻并思考。
回答：
導(dǎo)體尖端電荷密度大
→尖端周圍電場強
→空氣中殘留帶電粒子劇烈運動
→分子中正負電荷分開
→正負電荷奔向異種電荷
→相當于尖端失去電荷
→尖端放電
根據(jù)尖端放電的原理進行理解。
引導(dǎo)學生將實驗結(jié)論聯(lián)系到實際情境中。
為學生的進一步分析做示范，引導(dǎo)學生思考。
引導(dǎo)學生逐步分析空氣的電離、尖端放電的原理。
從理論聯(lián)系到實際，引導(dǎo)學生利用尖端放電的原理分析生活實際中的幾個應(yīng)用實例。
環(huán)節(jié)四
靜電屏蔽
【提問】處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。如果放入靜電場的是一個空腔導(dǎo)體，電荷分布又有什么特點呢？
【播放視頻】靜電屏蔽。
【講述】導(dǎo)體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為0，不受外部電場的影響，內(nèi)部的儀器不會受到外電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。
【播放視頻】法拉第籠
【提問】靜電屏蔽現(xiàn)象在生活中有哪些應(yīng)用？
①電子儀器外套金屬網(wǎng)罩；通訊電纜外包一層金屬等。
②超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的。
③內(nèi)屏蔽與外屏蔽：接地的封閉導(dǎo)體殼，內(nèi)部電場對外部沒有影響。
④“雷火煉殿”奇觀。
武當山位于湖北省西北部，其主峰天柱峰屹立著一座光耀百里的金殿，全部為銅鑄鎏金。雷雨交加時，金殿的屋頂常會出現(xiàn)盆大的火球，來回滾動。雨過天晴時，大殿金光燦燦，像被重新煉洗過一般，這就是人們所說的“雷火煉殿”奇觀。
思考并回答：
電荷仍分布在導(dǎo)體的外表面，導(dǎo)體的內(nèi)表面沒有電荷。
觀看視頻并思考。
在靜電平衡概念的基礎(chǔ)上加以理解。
結(jié)合生活經(jīng)驗思考。
在靜電平衡概念的基礎(chǔ)上引入新的問題加以分析。
激發(fā)學生的探究興趣。
根據(jù)分析結(jié)果給出結(jié)論，并展示其在科技、生活中的用途。一方面使學生對靜電屏蔽現(xiàn)象有更多的了解，將所學內(nèi)容與生活經(jīng)驗相結(jié)合，另一方面也能激發(fā)學生的學習興趣。
環(huán)節(jié)五
靜電吸附
【提問】靜電雖然有危害，但也可以利用。你知道的應(yīng)用有哪些呢？
【播放視頻】靜電吸附
【提問】如圖所示，極板A和電極B，哪里附近的空氣更容易被電離呢？
【提問】極板A和電極B分別帶什么電？
【提問】被電離的電子在A、B之間的電場中怎樣運動？會帶來什么影響？
→電子在向著正極A運動的過程中，遇到油煙中的小油滴，會使油滴帶負電。
→靜電除塵的原理：帶電粒子在電場中受到靜電力作用向著電極運動，最后被吸附在電極上。
【講述】靜電吸附的應(yīng)用：
①靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力的作用下，油漆微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件的表面。
②靜電復(fù)?。豪糜袡C光導(dǎo)體的光敏特性，讓電荷排列組合成相應(yīng)的文字圖樣，利用靜電吸附吸上墨粉，再將墨粉圖樣轉(zhuǎn)印到紙上。
思考。
觀看視頻
結(jié)合空氣電離的內(nèi)容思考并回答：
電極B附近的空氣分子更容易被電離。
觀察圖片并回答：
極板A帶正電，電極B帶負電。
思考并回答：
電子向著正極A運動。
結(jié)合靜電吸附的原理加以理解。
引導(dǎo)學生結(jié)合生活經(jīng)驗，思考靜電的利用之處。
通過視頻，使學生實際觀察靜電的吸附作用。
通過一組問題，引導(dǎo)學生分析靜電吸附的原理，另一方面，提高學生應(yīng)用電場相關(guān)知識解決實際問題的能力。
將靜電吸附的原理與生活實際相結(jié)合，使學生了解到物理學的發(fā)展對實際生活水平提升的促進作用，同時提升學生將實際問題抽象為物理情景加以分析的能力。
課堂總結(jié)
一、靜電平衡：任何導(dǎo)體在靜電場中都會處于靜電平衡。
→導(dǎo)體上電荷的分布：導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。
→在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，單位面積的電荷量越大。
二、尖端放電：
1、避雷針
2、高壓設(shè)備
三、靜電屏蔽：
1、金屬網(wǎng)罩
2、同軸電纜
四、靜電吸附：
1、靜電除塵
2、靜電噴漆
3、靜電復(fù)印
板書設(shè)計
§9.4靜電的防止與利用
1、靜電平衡：
①建立時間非常短。
②處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強處處為零。
③導(dǎo)體內(nèi)部無電場線分布，外表面場強方向必跟該點的表面垂直。
2、導(dǎo)體上電荷的分布：
①導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。
②在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷密度（單位面積的電荷量）越大。
3、尖端放電：
①避雷針
②高壓設(shè)備
4、靜電屏蔽：
①金屬網(wǎng)罩
②同軸電纜
5、靜電吸附：
①靜電除塵
②靜電噴漆
③靜電復(fù)印
作業(yè)設(shè)計
1、梳理本節(jié)知識點。
2、教材P22“練習與應(yīng)用”。
教學反思與評價

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4 靜電的防止與利用

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