静电的利用与防范教学设计

源电荷，则导体带什么电？若将导体接地则情况如何？左端接地呢？

知道了电场中的导体会发生静电感应现象，那为什么会产生静电感应现象呢？产生静电感应现象会导致怎样的结果，导体又有何特点呢？今天这节课就来学习这些问题。

（一）静电平衡状态下的导体

问题：把不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0 的电场中，会有什么现象？

问题：导体中所有自由电子都会定向移动吗？

正负电荷在两侧积累会出现感应电场E‘，感应电场与原电场叠加，当E’= E0，即导体内部合场强E为0时，导体内电子不再自由移动。

一、静电平衡状态下导体的电场

1、电场中的导体，内部自由电子不再定向移动的状态叫静电平衡状态。

问题：处于静电平衡状态的导体的电场具有什么特点？

2、特点：（1）导体内部场强处处为零；

（2）导体为等势体，表面是等势面；

（3）导体表面场强垂直于表面；

二、导体上电荷的分布

思考：导体处在静电平衡时电荷的分布有何特点？演示：导体上电荷分布探究——法拉第“圆筒实验”

特点1：达到静电平衡时，导体内部没有电荷，电荷只分布在导体外表面。

演示：

特点2：在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的地方几乎没有

电荷分布。

（二）静电的应用与防范

1、尖端放电

视频演示：尖端放电

问题：你观察到了什么现象？什么原因造成的？教师引导：导体尖端附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。

原因：因为在尖端附近强电场的作用下空气中残留的离子会发生激烈的运动。在激烈的运动过程中它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离，从而产生大量新的离子，这就使空气边得易于导电。在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电．而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。

问题：你能举出尖端放电的应用实例吗？

视频演示：避雷针

教师介绍避雷针工作原理:

2、静电屏蔽

问题：将验电器放在带正电的金属球的附近，验电器上的箔片会张开吗？

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？

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。

外部电场对内部仪器没有影响。若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响。要想内部电场对外部也没有影响，实现全屏蔽，则可将空腔导体接地，如右图所示。

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实现静电屏蔽不一定要用密封的金属宣传品，金属网也能起到屏蔽作用。野外高压线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。

1）视频演示：小孩在笼中

2）演示：静电屏蔽

3）用静电平衡现象的特征解释静电屏蔽