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

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