高三物理教案：《靜電屏蔽》教學設計

　　一、教學目標

　　1．了解導體導電機制、靜電平衡狀態(tài)、靜電感應現(xiàn)象；

　　2．理解電場中處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特點；

　　3．了解靜電屏蔽現(xiàn)象。

　　二、教學重點、難點

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

　　2．運用電場有關(guān)知識，分析、推理出實驗現(xiàn)象的成因，這是難點。

　　三、教學方法：實驗演示，計算機輔助教學

　　四、教    具：

　　1．演示靜電感應：起電機，感應電機（一對）、驗電球、驗電器（兩個），帶有絕緣支架金屬球一個。

　　2．法拉第圓筒演示靜電平衡導體，內(nèi)部無凈余電荷：法拉第圓筒，驗電器（一個），驗電球，起電機。

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

　　4．計算機、大屏幕，自制CAI課件

　　五、教學過程：

　�。ㄒ唬�復習提問

　　1．電場的重要性質(zhì)是什么？對放入其中的電荷有力的作用。

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

　　3．把導體放入電場中，導體上的自由電荷處于電場中將受電場力作用，這時的導體與無電場時的導體相比有什么不同特征？

　　引導學生分析：

　　若是金屬導體，自由電子在電場力作用下將發(fā)生定向移動使兩端出現(xiàn)不同的電荷分布，從而引起導體的某些新的性質(zhì)。

　�。ǘ�）引入新課

　　實驗1 利用起電機使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場，把感應起電機靠近A擺放，且接觸良好。

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

　　由此可知B、C兩端帶電。

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

　　1．靜電感應

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

　�、倏筛鶕�(jù)同性相斥、異性相吸，指出本實驗中距A近端（B端）有與A異號的電荷，距A遠端（C端）電荷與A同號。

　　實驗1中，可用A與B、C中部接觸的，再與驗電器接觸，驗電器金屬箔不張開，電荷分布在兩端。

　　②也可以分析距A遠近不同，電勢不同，而金屬導體中自由電子在電場力作用下由電勢低處運動至電勢高處。

　　例如：若A帶正電，距A較遠端的C端電勢比B端低，故電子向B端運動，B端帶負電荷。根據(jù)電荷守恒，C端帶正電荷。

　　同理可分析A帶負電荷時，感應電機上電荷分布。

　　（2）感應電荷

　　靜電感應現(xiàn)象中，導體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱為感應電荷。

　　靜電場中導體上自由電荷受電場力作用做定向移動會不會一直運動下去？

　�。�3）靜電平衡狀態(tài)

　　導體置于電場中時，自由電荷受力，發(fā)生定向移動，從而重新分布。重新分布的電荷在導體內(nèi)產(chǎn)生一個與原電場反向的電場，阻礙電荷定向移動，直至最后無電荷定向移動為止，這時感應電荷電場與原電場的合場強為零。

　�、偈裁词庆o電平衡狀態(tài)：導體上處處無電荷定向移動的狀態(tài)。

　�、谔卣鳎簩�體內(nèi)部處處場強為零。

　　在這個特征基礎上進行推論，可得靜電場中導體的特點。

　　2．靜電場中導體的特點：處于靜電平衡狀態(tài)，導體內(nèi)處處場強為零。

　�。�1）處于靜電平衡狀態(tài)的導體，電荷只能分布在導體外表面上。

　　可采用反證法，若導體內(nèi)部有凈電荷，電荷周圍有電場，那么導體內(nèi)部電場強度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動。

　　實驗2 法拉第圓筒實驗。

　　先用起電機使筒A帶電，至A中箔片張開為止，利用驗電球B可先從A外表面接觸，再與驗電器金屬球C接觸，反復幾次后，可明顯地看到C金屬箔張開，可說明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，可驗證A內(nèi)壁無電荷。

　　（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導體表面上任一點場強方向與該點表面垂直。可用反證法證明，若不垂直，沿表面有切向分量，電荷將發(fā)生定向移動。

　�。�3）處于靜電平衡狀態(tài)導體是個等勢體，導體表面是等勢面，沿導體表面移動電荷，電場力與表面切向垂直，電場力做功為零。

　　所以? 電勢差為零，表面是等勢面。

　　內(nèi)部處處E=0，任兩點間移動電荷，電場力為零，任兩點等勢，所以是等勢體。

　　3．應用

　�。�1）感應起電（與摩擦起電比較）

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

　　（2）靜電屏蔽

　　實驗3

　　先使A帶電，然后移近驗電器B，由于靜電感應，B的金屬箔片張開，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。

　　簡單分析：金屬網(wǎng)罩內(nèi)無電場。

　　任取一個導體殼，處于靜電場中，殼內(nèi)無電場。

　　反證法：若有電場，電場線發(fā)自殼壁，終止于殼壁，與殼是等勢體相矛盾，這樣的電場線不存在。

　�。ㄈ�）例題精講、鞏固提高（見課件）

　　1．如圖所示，A帶正電，若導體C端接地，問B、C端各帶什么電荷？（B端帶負電荷，C端無凈電荷）

　　若此時斷開C與地的連線， B、C端帶什么電荷？（B端負電荷，C端無電荷）整個導體凈余什么電荷？（負電荷）

　　若B端接地，整個導體凈余什么電荷？（負電荷）

　　2．導體桿放于點電荷+Q附近達到靜電平衡后，求桿中距Q為r的一點Q的電場強度及桿上感應電荷在a點產(chǎn)生的電場強度。

　　解：因為桿處于靜電平衡狀態(tài)，故Ea=0

　　a點場強由+Q產(chǎn)生的電場強度和感應電荷電場合成。

　　EQ＋E感＝Ea＝0

　�。ㄋ模┱n件演示，課堂小結(jié)

　　1．靜電平衡狀態(tài)：導體中（包括表面）沒有電荷定向運動的狀態(tài)。

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

　　注意：這里的“場強”，指的是合場強。

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

　　（五）布置作業(yè)

　　1．復習本節(jié)課文。

　　2．思考一下靜電屏蔽有何應用。

　　說明：

　　1．導體的靜電平衡條件是本節(jié)的重點，也是難點，在見解是可借助多媒體課件（或圖片）著重分析導體在電場中達到靜電平衡的過程，強調(diào)導體處于靜電平衡時，內(nèi)部場強處處為零，指的是感應電荷的場強與外電場的場強疊加后，合場強為零，要使學生真正理解靜電平衡條件，必須使他們清楚地知道推理過程。

　　2．導體達到靜電平衡狀態(tài)時的電荷分布規(guī)律是在實驗的基礎上總結(jié)出來的，因此必須重視實驗，做好演示，使學生獲得感性認識，然后再從靜電平衡條件加以說明，讓學生在理論和實際的結(jié)合中理解知識。

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

　　4．為了鞏固學到的知識，本節(jié)安排了兩個例題，可根據(jù)學生的實際情況進行分析講解，然后再讓學生做練習，最后對本節(jié)內(nèi)容作簡要小結(jié)，布置課后作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容可根據(jù)情況自行安排。