§1.7--静电现象的应用-教案

第七节静电现象的应用宣威市第九中学冯波【教学三维目标】知识与技能：1、认识静电感应，知道感应起电的原理和感应电荷正、负的判定。2、知道静电平衡状态；理解静电平衡的特点，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上；3、知道静电屏蔽现象及其应用。过程与方法：通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。态度情感价值观：通过对实验的观察和推理，培养学生科学的研究方法，以及严谨认真的学习态度。【重点难点】静电平衡状态电场中导体的特点【教学方法】推理归纳法、问题解决法、实验法【教具准备】验电器、金属网罩、感应起电机、橡胶棒等【教学过程】(一)复习导入在本章第一节我们一起学习了使物体带电的三种方式，摩擦起电、接触起电、感应起电。接下来我给大家演示仪下感应起电这一物理现象。A.老师演示，用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近验电器，金属箔片张开，验电器带电。B．给验电器罩上金属网罩，请学生演示，金属箔片不动，感应起电失败，提出疑问，为什么呢？带着这个问题，我们一起来学习，静电现象的应用。(二)新课教学一、电场中的导体思考1：如图，把不带电的金属导体放入一匀强电场中，对自由电子有何影响？思考2：当导体两侧面出现感应电荷后，感应电荷是否会产生电场？沿什么方向？思考3：感应电荷的电场对导体内部的合场强有何影响？自由电子受到的电场力有何变化？思考4：随着导体内合场强的不断减小，最终将会出现什么样的状态？1、概念：放入电场中的导体，其内部的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，致使导体的两端分别出现等量异号电荷（感应电荷），当感应电荷的电场与外加电场达到平衡时，导体内的自由电荷（包括表面）不再发生定向移动。我们说导体达到了静电平衡状态。2.标志：自由电子不再发生定向移动。3.特征：（1）导体内部电场处处为0。感应电荷产生的附加场与外加电场的场强等大、共线、反向。（2）处于静电平衡中的导体是个等势体，导体表面是个等势面。（3）导体表面处的电场方向与导体表面垂直。（4）导体从放入电场到达到静电平衡是一个极短的过程，历时约为10-9s.二、导体上的电荷分布1.净电荷只能分布在导体的外表面，导体内部无净电荷。净电荷：就是正负电荷中和剩余的电荷。导体内部仍然存在带正电的正离子和自由电子，但是自由电子不再定向移动，正离子和自由电子均匀混合，相互抵消，无净剩的电荷。2.净电荷在导体表面上的分布与导体表面的形状有关：导体表面上越尖锐的地方，净电荷密度越大；越平坦的地方，净电荷密度越小；凹陷的地方几乎无净电荷分布。同种电荷相互排斥，假设在有一颗缝衣针，带电后由于同种电荷相互排斥，电荷自然要被挤到针的两端。思考：导体表面的电场强度什么地方大？什么地方小？（提示：电场线总是从正电荷出发指向负电荷）结论：导体表面越尖锐的地方，电场强度越大。三、尖端放电1、导体尖端的电荷密度很大，附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。空气中残留的带电粒子在强电场力的作用下发生激烈的运动，把空气分子撞“散”（也就是使分子正负离子分离，即电离），这些带电离子在强电场力作用下继续加速，撞击空气分子，是更多的气体分子电离，那些带与导体尖端异种电荷的离子，被吸引到导体尖端，与尖端电荷中和，这相当于尖端失去了电荷。演示实验：静电感应起电机的尖端放电现象。尖端放电现象的应用与防治:尖端效应的危害1.引起火灾爆炸。如上所述,由于火花型尖端放电的放电能量较大,因此很容易引起易燃易爆混合物的燃烧和爆炸,造成重大人身伤亡和财产损失。2.妨碍生产,损坏设备。火花型及电晕型尖端放电都会对生产过程造成不同程度的妨碍，乃至损坏设备。3.静电尖端放电也可造成人体电击。尖端放电的应用一般的电子打火装置，避雷针，还有工业烟囱除尘的装置都是运用了尖端放电的原理。高大建筑物上都会安装避雷针，当带电云层靠近建筑物时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远达不到会使建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。雷电的实质是2个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。四、静电屏蔽思考题：如图所示：一带电体A附近放置一个金属球壳B，试画出:(1)球壳上感应电荷的分布情况；(2)电场线的大致分布情况。思考：将一带电体A放入一个金属球壳B内，试画出:(1)球壳上感应电荷的分布情况；(2)电场线的大致分布情况；（3）如果将球壳B接地，有何变化。1：要使某一装置不受电场影响，可以用一金属网将它包裹起来，起到屏蔽外场的作用。2：要使某一带电体的电场不对外界产生作用，可以用一个接地的金属网将此带电体包裹起来。本节课开始时的感应起电过程，同学没能感应起电成功，就是因为金属网罩的屏蔽作用。静电屏蔽的应用：1.为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。2.高压带电作业(500千伏带电作业用的屏蔽服)3.很多电子仪器,比如示波器的接线都是这样的屏蔽线4.汽车外的天线5.有线电视信号线,外面就有一层金属丝,就为了静电屏蔽,使信号不受干扰6.在服务区怕被人打手机,又不能关机,找个金属盒子装进去,就变成了您拨打的用户不在服务区