“静电现象的应用”的教学设计（新课程）
“静电现象的应用”的教学设计对选修3-1教材变动的理解：在前一轮的人教版课改教材中，对静电知识的讲解分为两节：第四节、静电屏蔽与第十一节、静电的利用和防止。而新教材变为一节（第七节），且内容上仅涉及到静电平衡状态、静电屏蔽、尖端放电（旧教材中为课后阅读材料），删除了静电除尘、静电的防止，静电复印放在第二节科学漫步中。增添了一组实验、处于静电平衡状态导体的特点，科学漫步中增添了雷火炼殿，课后增加了习题。就内容而言，新教材更加精练和新颖。突出了理论知识在实践中的应用这一主线，使学生感受到物理知识对科技进步、社会发展的影响。删除的内容则为学生的选择性学习、个性的学习留有余地，反映出了新教材更注重基础、不求全、循序渐进的特点。就知识的得出过程来看，新教材通过推理、实验研究得到物理规律，在推理的过程中应用到了极端法，反证法、等效等科学方法。新教材更注重过程研究和科学方法的教育。课后习题（比如燃气灶的点火一题）联系生活，体现出了时代性，会引起学生对知识应用社会的关注。教学设计说明：为了更好的发挥出本节知识和知识以外的价值，落实好三维目标，本节课采取教师引导，学生理论推理、实验探究、实验证明的方式进行。处于静电平衡状态的导体的特点是本节的重点，难点是对静电屏蔽、尖端放电的理解和应用。本节课是对前六节知识（主要是静电力、电场的叠加、电场线和等势面的关系、静电力做功）的一次综合，学生在推理的过程中对旧知识会有一个复习和应用的过程。为了进一引起学生的性趣、加深对知识的理解，加入教师自行设计的六个实验（人体带电与放电、电荷分布特点、静电屏蔽的另一种形式、尖端放电、避雷针避雷、静电除尘）。为了使知识条理更清晰，将“导体上电荷的分布”这一标题的内容变为静电平衡的一个特点，降低难度。静电除尘虽然教材没有涉及，但考虑到清洁环境、减少污染这一热点话题，做简单的介绍。对于新教材科学漫步中增添的内容和旧教材中删除的内容，则留为课下内容学生自行学习。本节力求课堂紧凑，内容环环相扣，充分调动学生的积极性，促进自主学习、积极参与。在探究的过程中让学生掌握知识，体会到成功，会增强学生下一步学习的信心和热情。本节课的目的是：除了使学生掌握静电的知识外，还掌握科学推理的一些方法，增强静电实验的技能。三维目标：知识与技能：1.正确理解静电平衡的概念。2.理解处于静电平衡的导体的特点。3.了解尖端放电和静电屏蔽现象。4.正确操作静电实验。过程与方法：将旧知识利用反证法、极端法、等效等科学方法推理出新知识，利用实验探究电荷的分布特点、静电屏蔽和尖端放电现象。情感、态度与价值观：体会科学的价值和应用，形成科技改变社会服务人类的认识。静电平衡电场中的导体特点静电现象的应用实验引入教学流程图：教学过程一、 引入新课+图1实验1 人体带电与放电。学生用手接触范德格拉夫起电机的金属球（图1），接上电源起电机开始工作，随着金属球上电荷的增多，学生的头发开始竖起、发散。其他的同学为这一壮观的现象所惊叹！实验成功，请另一位学生上来握手表示祝贺。两们同学在握手时发生了放电现象，感到疼痛。其他学生听到了响声。平时也会经常出现这种情况，可见，静电现象就在我们的身边。二、 进行新课E0图2E0E=0-+图4E0E- - -+ + +图3首先得出静电平衡状态的概念。给出如图2情境：将导体放在电场E0中，会出现静电感应现象吗？感应电荷会一直增加吗？最终稳定时会是什么情况？学生分析：自由电子受静电力作用会定向移动，形成感应电苛，出现反向的电场E（图3），当E0= E时，导体内部E=0，自由电子不再移动。学生绘制出的最终情况如图4所示。教师给出静电平衡状态的定义：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态。对此概念进行外延：一个孤立的带电体是静电平衡状态吗？学生分析：同种电荷互相排斥，分布在最外表面不再移动，是静电平衡状态。+图5+接下来推理处于静电状态导体的特点。在图4中学生已经分析出特点1：处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。教师询问：在内部移动电荷，静电力做功吗？任意两点间的电势差是多少？电场线和等势面有什么关系？学生研究教师的问题，根据前几节的知识得出特点2：处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是个等势面；特点3：处于静电平衡状态的导体，其外表面任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。以上3点可学生再用反证法进行证明。+图6实验2 研究电荷分布的特点。如图5，用感应起电机给法拉第圆筒带电。学生提出实验方案，并亲自操作。学生进行了两次对比实验：先用带绝缘柄的小球跟圆筒内部接触，再跟验电器接触，箔片不张开；再用小球跟圆筒外部接触，此次箔片张开，说明电荷分布在导体的外表面。学生试着用理论解释：电荷互相排斥，跑到最外表面。教师问：电荷在外表面的分布均匀吗？请用实验说明问题。学生：将法拉第圆筒换成不规则的导体，由一位同学重做实验。如图6所示，发现小球接触导体的尖端后箔片张角最大，小球接触导体的平滑部分后箔片张角小，说明在尖端电荷分布多。学生用极端的方法从理论上解释：一枝缝衣针，带电后由于同种电荷相互推斥，电荷自然就补“挤”到针的两端。由此得出特点4：处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面，且越尖锐的地方电荷的密度越大。最后讲解静电现象的应用。理论知识是应用的基础，对应静电平衡状态的特点都有其相应的应用。第1点，内部的场强处处为零。将导体做成空腔的，内部放上电学仪器就不会受外部电场的影响，这就是静电屏蔽。-+图7+-+图8-+实验3 研究静电屏蔽现象。学生提出如图7的实验方案，用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近验电器，验电器由于静电感应箔片张开。保持橡胶棒与验电器的位置不变，用金属网罩将验电器罩上，箔片马上闭合。验电器不再受外电场的影响。学生感受到知识的力量。金属网罩上感应电荷是怎样分布的呢？学生分析：靠近橡胶棒的一侧带正电，远离橡胶棒的一侧带负电。网罩内部场强为零。在此基础上作为一种了解，教师给出静电屏蔽的另一种情况。如图8，将带电体用接地的网罩罩起来，验电器的箔片闭合。试对比两种方式的差异。学生明白此现象后说出更多的应用：高压送电时上面的两根保护线、维修高压设备时工人穿的衣服、信号线路中的金属膜、过地下通道时收音机信号弱等等。 对于特点2的应用，地球是一个处于静电平衡状态的导体，各点电势相同且很稳定，所示通常选大地为零电势点。而利用特点3可以画出各种形状导体周围电场线的分布。+图9 特点4的应用。导体尖端的电荷密度大，场强大，空气被电离，气体中的异种电荷与尖端上的电荷中和，同种电荷被排斥到远处。这就相当于尖端的电荷通过空气放掉，这种现象称为尖端放电。 实验4 研究尖端放电现象。如图9，导体通过尖端放电，形成“静电风”，蜡烛的火焰被吹偏。学生从中获得感受和理解。尖端放电现象最重要的应用就是用避雷针避雷。-。+图11。+。-图10实验5 避雷针避雷。学生设计实验模拟雷电。如图10所示，金属板相当于云层，用纸包裹的导体相当于地面上的建筑物。用感应起电机给两导体带电，静电计指针张角大显示两导体间有很大的电压。当金属板与导体放电时，纸被烧焦，说明雷击会损害建筑物。如何避免雷击呢？请用实验说明。学生修改实验：在建筑物上放上直立的尖形导体，重做实验，静电计指针闭合。显示出云层与建筑物间的电荷已经“悄悄”中和，云层上的电荷通过避雷针导入大地，避雷针起到放电的作用。教师接着引导，既然尖端能放电，那么带电体要想很好的保存电荷应该做成什么形状呢？学生马上明白应是表面光滑的球形。静电的应用还有很多，比如静电复印、静电植绒、静电喷涂、静电除尘等，以上介绍的都是静电的应用。静电的危害其实也很大，所以静电的防止同样重要。相关的内容学生们课后再去学习。下面老师再为大家介绍一下静电除尘。实验6 静电除尘。如图11所示，瓶中充满烟雾，中间和四周安有两极，摇动起电机，在静电力的作用下，烟雾消失了。该技术应用于工厂，可大大减少空气中的粉尘污染。进行本节课的巩固练习。题1一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r。（1）标出金属球在静电平衡后左右两侧带电的符号。（2）由于静电感应而在金属球上出现了电荷，它们也在空间激发电场，这些感应电荷在球心激发的电场强度大小等于多少？方向如何？（3）如果用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，导线是否能将两侧的电荷中和？为什么？学生：（1）由感应起电知道空心金属球右侧带负电，左侧带正电。（2）由特点1知道，E=kQ/9r2,方向向右指向点电荷。（3）由特点2知，金属球两侧电势差为零，电荷不能定向移动，所示两侧的电荷不能中和。通过本题使学生明白感应电荷形成的电场的求法以及电荷是否移动的原因。题2 在燃气灶和燃气热水器中，常常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。点火器的放电电极做成了针形，这是为什么？与此相反，验电器的金属杆上却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？学生：电极做成尖形是为出现尖端放电现象，点燃燃气灶或热水器。而验电器上的金属球不会出现尖端放电现象，从而更好的保存电荷。通过本题让学生明白燃气灶的点火原理和避免尖端放电的方法。 本文作者：姜胜民地址：黑龙江省哈尔滨市动力区和平路165号第九中学物理组邮编：150040邮箱：hljhjzjsm163.com
