静电现象的应用教学设计
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静电现象的应用
教学设计
整体设计
教学目标
(1)知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态;
(2)理解静电平衡时,净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零;
(3)知道静电屏蔽及其应用。
教学重点:静电平衡状态。
教学难点: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、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干。
教学过程:
(一)复习提问
1.什么是静电感应现象?
2.静电感应现象的实质是什么?
3.在静电感应时用手摸一下导体,再移走源电荷,则导体带什么电?
若将导体接地,则情况如何?左端接地呢?
(二)新课教学
1.电场中的导体
(1)金属导体的特征:由做热运动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成。
(2)静电感应现象:
(3)问题:1.在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗?
2.是什么作用使金属内的电子定向移动的?此移动一直进行吗?
3.静电屏蔽后金属导体内部有电场吗?
答:1.使空间电场重新分布。
2.源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动。
3.静电平衡状态:导体(包括表面)中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态。没有。
2.静电平衡状态下导体的特点
(1)内部场强处处为零(若不为0,则自由电子将继续移动直至合场强为0)。
(2)导体中没有自由电荷定向移动。
(3)净电荷分布在导体外表面。
实验证明:法拉第圆筒实验。
理论证明:中性导体带电后,由于同种电荷相互排斥,净电荷只能分布在表面。反证法:若内部有净电荷,则内部场强不为0,导体就不是处于静电平衡状态。
(4)导体表面附近的电场线与表面垂直。
(5)静电平衡时导体周围电场分布:
上图空间实际电场分布,不会出现虚线电场线。
3.静电屏蔽
(1)空腔导体的特点:
净电荷只分布在外表面,内表面不带电,空腔内没有电场。
(2)静电屏蔽
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。
实验演示:将收音机置于金属网罩内则声音大小减小。
若将球壳接地,则内外各不影响(较难)。
(3)应用:电学仪器和电子设备外面套有金属罩、通信电缆外面包一层铅皮、高压带电作业人员穿金属网衣、通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱。
巩固练习
例1.AB是长为L的金属杆,P1、P2是位于AB所在直线
上的两点,位置如图所示,在P2点有一个带电量为
+Q的点电荷,试求出金属杆上的感应电荷在P1点产
生的场强大小和方向.
解析:由于金属杆处于静电平衡状态,P1点的合场强为零,因此金属杆上的感应电荷在P1点产生的场强与点电荷+Q在P1点产生的场强大小相等、方向相反,从而得:E=,方向向右.
例2.如图所示,将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不触).外加一个水平向右的场强为E的匀强电场,对于最后的结果,下列判断正确的是()
A.B的右端带正电,A向左偏
B.B的右端带正电,A不偏左也不偏右
C.B的左端带正电,A向右偏
D.B的左端带负电,A不偏左也不偏右
【解析】选B、D.导体空腔处于外电场中时,由于静电感应的作用,导体球壳的左端将感应出负电荷,右端将感应出正电荷,而导体空腔内部由于静电屏蔽完全不受外加电场的影响,因此A不会偏转。故A、C错误,B、D正确.
课堂练习
1.当导体达到静电平衡状态时,其场强的特征是( )
A.外电场E0消失
B.感应电荷产生的电场E′为零
C.导体内部合场强E内 = E0 + E ′=0
D.导体表面和内部场强均为零
2. 有关静电的以下说法中正确的是( )
A.干燥天气里脱化纤衣物时常常会看到火花,听到劈啪声
B.室内栽花种草可有效防止静电
C.高压输电导线表面要很光滑,以避免因尖端放电而损失电能D.油罐车尾装一条拖地铁链,有利于消除静电
4.在一个导体球壳内放一个电量为+Q的点电荷,
用E表示球壳外任一点的场强,则 ( )
A.当+Q在球壳中央时,E=0
B.不论+Q在球壳内何处,E一定为零
C.只有当+Q在球心且球壳接地时,E=0
D.只要球壳接地,不论+Q在球壳内何处,E一定为零
5.如图,半径为R的均匀带正电薄球壳,
其上有一小孔A。已知壳内的场强处处为零;壳外空间的
电场,与将球壳上的全部电荷集中于球心O时在壳外产生
的电场一样。一带正电的试探电荷(不计重力)从球心以
初动能Ek0沿OA方向射出。下列关于试探电荷的动能Ek与
离开球心的距离r的关系图线,可能正确的是( )
小结
1.任何导体在静电场中,都会处于静电平衡状态.
2.处于静电平衡状态的导体的性质
(1)内部场强处处为零,表面场强方向与表面垂直.
(2)整个导体是个等势体,表面是等势面
(3)电荷只能分布在导体的外表面.
3.静电平衡的应用
1)尖端放电——避雷针
2)静电屏蔽
作业
完成学案课后作业部分