2020届高中物理 第7节 静电现象的应用教学过程一 新人教版选修3-1 6页

第7节、静电现象的应用 ‎ 新课教学过程一 新课教学 ‎1、静电平衡状态 ‎(1)静电平衡 问题：为什么会产生静电感应现象呢？‎ 分析：导体的特征是在它的内部有大量的自由电荷，对金属导体来说，是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成的。将一不带电导体靠近带电体时，导体即处于带电体所形成的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体一侧集聚负电荷，而导体另一侧则集聚等量的正电荷。‎ 问题：不带电导体上的自由电子还没来得及运动的瞬间，导体内的电场强度为零吗？‎ 结论：不为零。正因为有场强，才导致自由电子定向移动而使导体带电。‎ 问题：自由电子移动的结果，对导体中的电场强度有何影响？‎ 分析：导体上自由电子移动的结果，使导体一端带上负电，另一端带上正电。此时，导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了，而是有场源带电体产生的电场E和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场E′，E与E′方向相反，叠加后使导体内的电场强度减弱。只要导体中的电场强度不为零，导体中的自由电子就会受电场力作用而定向移动，使E′增强，导致E与E′‎ 的合电场再减弱，如上图。直到导体内部各点的合场强都等于零时为止，这时导体内的自由电子不再受电场力，不再做定向移动，如下图。‎ 当导体中的电荷静止不动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。‎ ‎(2)静电平衡状态 导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。‎ ‎(用多媒体模拟静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过程)‎ ‎(3)静电平衡的条件 问题：通过以上分析，处于静电平衡状态的导体，其内部场强有何特点？‎ 处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。‎ 内部的场强指源电场与感应电荷电场的合场强。‎ 思考讨论 R L ‎＋q O 长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图，达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？‎ 解答：达静电平衡后，O点处场强为零，则E感＝E源＝k，E感方向与E源方向相反，即指向点电荷＋q。‎ ‎(4)静电平衡导体的性质 从静电平衡的条件出发可以得到如下的几点推论：‎ ‎①处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。‎ 用反证法分析：如果表面上某一点的场强方向与该点的表面不垂直，该点的场强应有沿表面的切向分量，就会使导体表面的电荷发生宏观的定向移动，这与静电平衡是矛盾的，故处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。‎ ‎②处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体的外表面上。‎ 提问：处于静电平衡状态的导体，其内部会不会有电荷？‎ 用反证法分析：处于静电平衡状态的导体，其内部如有电荷，则此电荷必然产生电场，因而导体内部的电场强度就不为零，导体内部的自由电子会受电场力而移动，这与静电平衡是矛盾的，故内部不会有电荷。‎ 演示证明：‎ a．取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的金属圆筒C（叫法拉第圆筒），使C带电，B的箔片张开，用有绝缘柄的金属小球D先与C外表面接触一下，再让D与A的金属球接触一下，如此重复多次，发现A的箔片渐渐张开。‎ 结论：说明C的外表面上有电荷；‎ b．重做上边实验，让D与C的内表面接触一下，再与不带电的A的金属球接触一下，如此反复多次，发现A的箔片始终闭合。‎ 结论：说明C的内表面不带电。‎ 刚才实验中的C带电后，属于一孤立的带电体，稳定后也处于静电平衡状态。‎ 总结：静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面，且由于内表面不带电，故导体壳C内无电场，E＝0，即静电平衡下的空腔导体的内部场强也处处为零。‎ ‎2、静电屏蔽 问题：将验电器放在带正电的金属球A的附近，验电器上的箔片会张开吗？‎ 演示：使带电的金属球靠近验电器。‎ 现象：验电器的箔片张开。‎ 结论：因为验电器的金属杆处于金属球A的电场中，由于静电感应，它的金属球将带负电，而它的另一端──箔片将带正电，因而两箔片相斥而张开。‎ 问题：若用金属网罩将验电器罩住，验电器的箔片还会张开吗？‎ 演示：使带电的金属球靠近验电器，事先用金属网罩把验电器罩住。‎ 现象：验电器的箔片不张开。‎ 结论：因为金属网罩处于A上正电荷产生的电场中，网罩上的电荷将重新分布，最后达到静电平衡。此时，网罩内部的电场强度为零，验电器上将不带电，因而箔片合拢。‎ 这表示金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。‎ ‎(1)静电屏蔽 导体壳(金属网罩)能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。‎ ‎(2)静电屏蔽的应用 静电屏蔽是电场中的导体达到静电平衡时，其内部场强为零的理论的直接应用。根据静电屏蔽，就应该知道小鸟为什么能在带电的金属鸟笼为“安然无恙”的道理了。‎ 静电屏蔽的应用有：电子仪器外套金属网罩，通讯电缆外包一层铅皮等。‎ 巩固练习 ‎(1)回答下列问题：①两导体B与C接触后，B与带正电的A靠近放置，由于静电感应，B上带负电，C上带正电。此时若用手摸一下导体C，什么电流过人身而入地？‎ ‎②若不用手摸C，而是摸一下B，问什么电荷通过人体而入地？‎ 答：当手摸C时，导体B、C、人体、地球就组成一个导体，此导体处于A的电场中，由于静电感应，靠近A的一端带负电，而远离A的一端──地球带正电.所以C上的正电荷入地。当手摸B时，情况同上，仍是正电荷入地。‎ ‎(2)在演示的实验装置中，怎样才能使已带电的金属小球D上的电荷全部传给法拉第圆筒C呢？‎ 答：只需将D与C筒的内壁接触一下即可。因为当D与C的内壁接触时，D变为筒的内壁的一部分，当C与D组成的整个导体达到静电平衡时，导体内部不可能有电荷，所以D上的电荷全部移到导体外表面上。‎ 小 结 通过本节课的学习，主要学了以下几个问题：‎ ‎1．静电感应现象的原因：当不带电导体处于电场中时，导体内的自由电子在电场力的作用逆电场线而定向移动，使导体一侧带负电，而另一侧带上正电。‎ ‎2．静电平衡状态的导体的特点：‎ ‎①内部场强处处为零。‎ ‎②处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。‎ ‎③电荷只分布在导体的外表面上。‎ ‎3．静电屏蔽：‎ 金属网罩将外电场遮住，而使其内部不受外电场的影响，是静电平衡下的导体其内部场强为零的理论的应用。‎ 板书设计:‎ ‎§ 1.7静电现象的应用 ‎1、静电平衡状态 ‎(1)静电平衡 当导体中的电荷静止不动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。‎ ‎(2)静电平衡状态 导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。‎ ‎(3)静电平衡的条件 处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。‎ ‎(4)静电平衡导体的性质 ‎①处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直；‎ ‎②处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体的外表面上。‎ ‎2、静电屏蔽 ‎(1)静电屏蔽 导体壳(金属网罩)能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。‎ ‎(2)静电屏蔽的应用 电子仪器外套金属网罩，通讯电缆外包一层铅皮等。‎ 教学后记:‎ 静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点是本节的关键.对这点的教学，教材重视了两方面的处理：一是重视推理的过程，教学中务必使学生清楚地知道推理过程，这样才能做到，不仅知道结论，而且知道这个结论是怎样得来的，以加深理解；二是重视实验，使学生在理论和实际的结合中理解知识。‎ 对静电屏蔽的讲解，同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识.在使学生理解把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验，让学生清楚地看到静电屏蔽现象。 ‎