第九章静电场及其应用教案
第一节电荷 (1)
第二节库仑定律 (7)
第三节电场电场强度 (14)
第四节静电的防止与利用 (21)
第一节电荷
【教学目标】
一．知识与技能
1. 知道自然界只存在正、负两种电荷。知道同种电荷相互排斤，异种电荷相互吸引。知道电荷量的概念及其国际单位；
2. 理解电荷守恒定律；
3. 关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。
二．过程与方法
1. 经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质；
2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法，培养学生观察、分析的能力。
三．情感态度与价值观
1.通过电荷守恒定律的理解和应用，培养他们谦虚好学的思想和实事求是的态度。
2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。
【重点难点】
教学重点：1. 理解摩擦起电、感应起电和接触起电；
2. 对于元电荷的理解，以及对于电荷守恒定律的理解和应用。
教学难点：1. 学会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质；
2. 应用电荷守恒定律分析接触起电现象中电荷量的分配。
【教学准备】
课件、玻璃棒（附丝绸）、橡胶棒（附毛皮）、验电器、乒乓球、碎纸屑等
【教学过程】
导入新课：
摩擦可以使物体带电。摩擦过的琥珀能够吸引羽毛。为什么有的物体容易带电，而有的物体很难带电呢？
讲授新课：
（1）电荷
【教师举例引导】通过生活中的现象，我们可以知道，刚梳过头发的塑料梳子可以将我们的头发吸引起来；冬天的夜晚，我们脱掉身上的毛衣会有“噼啪”的声响，衣服也会黏在身上，那么为什么会出现这些现象呢？发生这些现象的原因是什么？
【教师引导实验】
学生实验：利用桌子上的实验用具，用丝绸摩擦玻璃棒，毛皮摩擦橡胶棒，分别把棒靠近乒乓球或者碎纸屑等轻小物体，观察现象。
【学生讨论】学生：发现玻璃棒和橡胶棒可以吸引轻小物体。
学生小组讨论，思考现象原因。
【教师总结】物体具有了吸引轻小物体的性质，我们就说物体带了电，或说物体带了电荷。习惯上把带了电的物体叫做带电体。用摩擦的方法使物体带电叫摩擦起电。
【教师引导提问】我们已经知道了什么叫带电现象，知道了被毛皮摩擦过的橡胶棒和被丝绸摩擦过的玻璃棒都带上了电荷，那么它们带的电荷是否相同呢？
【演示实验】将被毛皮摩擦过的橡胶棒放在支架上，用另一根被毛皮摩擦过的橡胶棒去靠近它，看到的现象：发现两根橡胶棒相互远离；将被丝绸摩擦过的玻璃棒放在支架上，用另一根被丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近它，看到的现象:发现两根玻璃棒相互远离；将被毛皮摩擦过的橡胶棒放在支架上，用被丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近它，看到的现象：发现两根棒相互靠近。
【教师引导】人们通过大量的实验研究发现，用摩擦的方法可以使各种各样的物质带电。带电后的物体凡是跟丝绸摩擦过的玻璃棒互相吸引的，必定跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相排斤；凡是跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引的，必定跟丝绸摩擦过的玻璃棒互相排斥。
【教师总结】（1）自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。
①正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。则丝绸所带的电荷为负电荷。
②负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。则毛皮所带的电荷为正电荷。
（2）电荷间的相互作用：
同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
（2）静电感应
【教师提问】摩擦可以使物体带点，那么，还有其他的方法可以使物体带电吗？
【演示实验】观察静电感应实验
【教师总结】当一个带电体靠近导体时，电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会去向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。这种现象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
【做一做】用验电器检验物体是否带电
观察实物知道验电器的主要构造，通过实验了解验电器的原理和作用。
实验(演示、分组)：用被丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球，验电器金属箔片张开，此时金属箔片带正电，用力多摩擦几下玻璃棒，再去接触验电器的金属球，验电器金属箔片张开的角度变大。换用毛皮摩擦过的橡胶棒，重做上面的实验。验电器金属箔片张开的角度不同，说明了带电量不同。
【教师总结】验电器是实验室里常用的一种检验物体是否带电的仪器。它是由金属球、金属杆、金属箔片等几部分组成的。它利用同种电荷互相排斥的原理，当用带电体接触验电器的金属球时，就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上，这两片金属箔片由于带同种电荷互相排斥而张开。
验电器金属箔片张开的角度不同，反映了带电体传给验电器的电荷的多少不同。
【教师补充】三种起电方式：
1、摩擦起电：两个不同材料制成的物体摩擦
2、感应起电：带电体靠近导体
3、接触起电：带电体与导体接触
摩擦起电适用于绝缘体，感应起电、接触起电适用于导体。
（3）电荷守恒定律和元电荷
【教师总结】1、电荷既不会创生，也不会消灭，它只是从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。
电荷守恒定律的普遍表述：一个与外界没有电和交换的系统，电荷的代数和保持不变。
2、元电荷：最小的电荷量，用e 表示。
所有带电体的电荷量都是e 的整数倍，也就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。 元电荷的值：
比荷：电子的电荷量e 与电子的质量之比。
【课堂练习】
1、关于元电荷下列说法错误的是( )
A ．元电荷实际上是指电子和质子本身
B ．元电荷的值通常取作 191.6010
C e -=⨯e m 111.7610C/kg e
e m =⨯191.6010C e -=⨯
C ．所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍
D ．电荷量的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的
答案：A
2、关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是( )
A 、摩擦起电现象说明通过做功可以创造电荷
B 、摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体
C 、感应起电说明带电的物体可以使不带电的物体创造电荷
D 、感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了
答案：B
3、化纤衣服很容易沾上灰尘，这是因为它（ ）
A. 容易积累静电荷
B. 具有一定的粘性
C. 具有大量的微孔
D. 质地柔软
答案：A
4、春节假期，某同学用易得的材料制作了一个简易的验电器，如图所示。简易的验电器带有正电，它的金属箔片张开某一角度，用另一个有绝缘手柄的导体靠近验电器的金属丝，发现验电器的金属箔片的张角减小，关于导体的带电金属箔片情况，下列说法正确的是（）
A.只可能带负电
B.只可能带正电
C.可能带负电或不带电
D.以上说法都不正确
答案：C
5、M 和N 是两个原来不带电的物体,它们相互摩擦后,M 带1.6×10-10
C 的正电荷,则下列判断正确的是( )
A.摩擦前,M 和N 的内部没有任何电荷
e
B.摩擦过程中,电子从M 转移到N
C.摩擦后,N 一定带1.6×10-10C 的负电荷
D.摩擦过程中,M 失去1.6 ×10-10个电子
答案：BC
【板书设计】
§9.1 电荷
一、电荷
1、用摩擦的方法使物体带电—摩擦起电。
2、带电体具有吸引轻小物体的性质。
3、同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
二、静电感应
实验
三、电荷守恒定律
内容
四、元电荷
1、元电荷：最小的电荷量，用e 表示。
2、元电荷的值：
3、比荷：电子的电荷量e 与电子的质量之比。
【教学后记】
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
191.6010C e -=⨯e m 111.7610C/kg e
e m =⨯
第二节库仑定律
【教学目标】
一、知识与技能
1. 了解探究实验中的控制变量以及探究库仑定律的建立过程；
2. 理解库仑定律内容以及适用条件，掌握库仑定律的计算方法。
二、过程与方法
1. 通过探究实验中的控制变量，培养学生观察、分析的能力，了解库伦扭秤实验；
2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法。
三、情感态度与价值观
1.通过探究实验，培养他们交流沟通的能力，提高理论与实践相结合的能力。
2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。
【重点难点】
1、理解元电荷、点电荷与带电体的区别。（重点）
2、理解库仑定律内容以及适用条件。（重点）
3、对库仑定律的深入理解以及探究实验中的控制变量。（难点）
4、理解三个点电荷相互作用时的平衡与加速问题。（难点）
【教学准备】
课件
【教学过程】
一、导入新课：
带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
二、讲授新课：
1、电荷之间的作用力
【教师引入课程】电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？【教师引导】事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。
【实验演示】探究影响电荷间相互作用力的因素
悬挂的小球受重力、拉力和电荷间相互作用力，悬线与竖直方向的夹角为α，则电荷间作用力F＝mg tan α.偏角α越大，这表明电荷间作用力越大。
演示一：让带电物体A靠近悬挂在丝线上的带正电小球，观察在不同距离时小球的偏转角度。演示二：使小球处于同一位置，增大或减少小球所带的电荷量，观察小球的偏角的变化关系。结论：电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减小。
【教师补充】真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
【教师补充】库仑定律的适用条件：真空中静止的两个点电荷。
【教师提问】什么是点电荷？怎么理解点电荷？
【学生讨论】小组分析
【小结】当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。
点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型。两个有一定形状的带电体之间的作用力，等于一个带电体的每个电荷元与另一个带电体的每一个电荷元的相互作用的矢量和。任意两个电荷元之间的静电力都遵守库仑定律。
2、库伦的实验
【教师引导】库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。如图A是带电小球，B是不带电的小球，B与A的重力平衡，另一带电小球C靠近A时，A与C的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度比较力的大小。
【教师补充】实验方法应用控制变量法、微量放大法；
通过实验发现力F 与距离r 的二次方成反比，即21F r ∝
；电荷之间的作用力与电荷量的乘积成正比，即12F q q ∝。 【教师总结】关系式为122=q q F k r
，式中的k 是比例系数，叫作静电力常量。当两个点电荷所带的电荷量为同种时，它们之间的作用力为斥力；反之，它们之间的作用力为引力。
3、静电力计算
【教师总结】1、在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略；
2、两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。
【课堂练习】
1、关于库仑定律，下列说法中正确的是( )
A ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体
B ．根据12
2
q q F k
r =,当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C ．若点电荷1q 的电荷量大于2q 的电荷量，则1q 对2q 的静电力大于2q 对1q 的静电力 D ．库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 答案：D
2、真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A 和B(可视为点电荷），分别固定在两处，它们之间的静电力为F 。 用一个不带电的同样金属球C 先后与A 、B 球接触，然后移开球C ，此 时A 、B 球间的静电力为( ) A.
8
F
B.
4
F C.
38
F D.
2
F 答案：C
3、在真空中有甲、乙两个点电荷，其相互作用力为F ．要使它们之间的相互作用力为2F ，下列方法可行的是( ) A ．使甲、乙电荷量都变为原来的
2
倍 B ．使甲、乙电荷量都变为原来的2倍 C ．使甲、乙之间距离变为原来的2倍 D ．使甲、乙之间距离变为原来的2倍 答案：B
4、如图所示,直径为L 的光滑绝缘半圆环固定在竖直面内,电荷量为12q q 、的两个正点电荷分别置于半圆环的两个端点A B 、处,半圆环上穿着一带正电的小球(可视为点电荷),小球静止时位于P 点, PA 与AB 间的夹角为α。若不计小球的重力,下列关系式中正确的是( )
A. 32
1tan q q α= B. 22
1tan q q α= C. 31
2
tan q q α=
D. 21
2
tan q q α=
答案：A
5、如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P 和Q 用相同的绝缘细绳悬
挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则（ ）
A ．P 和Q 都带正电荷
B ．P 和Q 都带负电荷
C ．P 带正电荷，Q 带负电荷
D ．P 带负电荷，Q 带正电荷
答案：D
6、如图,三个固定的带电小球a b 、和c ,相互间的距离分别为5cm,3cm,4cm ab bc ca ===。小球c 所受库仑力的合力的方向平衡于a b 、的连线。设小球a b 、所带电荷量的比值的绝对值为k ,则( )
A. a b 、的电荷同号, 169k =
B. a b 、的电荷异号, 169k =
C. a b 、的电荷同号, 6427k =
D. a b 、的电荷异号, 6427
k = 答案：D 【板书设计】
§9.2 库仑定律
一、电荷之间的作用力
1、库仑定律：两个真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这种点电荷之间的作用，相互作用力叫做静电力或库仑力。
2、点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小
及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 二、库伦的实验
1、实验方法：控制变量法、微量放大法。
2、库仑定律表达式：12
2
q q F k
r =。 式中的k 是比例系数，叫作静电力常量。当两个点电荷所带的电荷量为同种时，它们之间的作用力为斥力；反之，为异种时，它们之间的作用力为引力。
3、在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C ），力的单位是牛顿（N ），距离的单位是米（m ）。k 的数值是9229.010N m /C k =⨯ 三、静电力计算
1、在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
2、两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 【教学后记】
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
第三节电场电场强度
【教学目标】
一、知识与技能
1. 知道电荷间的相互作用是通过电场实现的；
2. 知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向。
二、过程与方法
1.体会用比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义公式、单位、方向；
2.知道电场强度的叠加原理，并能用这一原理进行简单的计算。
三、情感态度与价值观
1.通过探究实验，培养他们交流沟通的能力，提高理论与实践相结合的能力。
2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。
【重点难点】
1、理解电场强度的定义及物理意义，知道它的矢量性。（重点）
2、理解电场线的概念、特点，了解常见的电场线的分布，知道什么是匀强电场。（重点）
3、会推导点电荷场强的计算式并能进行有关的计算。（难点）
4、知道电场强度的叠加原理，会应用该原理进行简单计算。（难点）
【教学准备】
课件
【教学过程】
一、导入新课：
【教师引导】上一节，我们认识了电现象中的电荷，包括点电荷，元电荷及电荷之间存在的相互作用。什么是点电荷？电荷相互作用有什么规律？哪位同学来帮我们回顾一下？
电荷之间有相互作用，我们把这个作用的电力叫库仑力或静电力。电荷之间的作用力是怎样发生的呢？今天我们就来研究这个问题。
二、讲授新课：
1、电场
【教师引入课程】通过起电机使人体带电，人的头发会竖直散开。
为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？
【教师引导】任何带电体周围产生的一种特殊物质。电场看不见，又摸不着，怎样去认识它、研究它？
【动手实验】利用手中的塑料笔使其摩擦带电，并让其靠近悬挂的铜丝。
现象：塑料笔吸引铜丝，铜丝偏角可达到60度。
【教师补充】电场的产生：电荷在其周围产生电场，电场是电荷周围存在的一种特殊物质。基本性质：电场对放入其中的电荷产生力的作用。
【教师补充引导】如图，电荷A对电荷B的作用力，就是电荷A的电场对电场B的作用；电荷B对电荷A的作用力，就是电荷B的电场对电荷A的作用。
【小结】电荷间的相互作用：电荷之间是通过电场发生相互作用的。
2、电场强度
【教师引导】电场是在与电荷的相互作用中表现出自己的特性的。因此，在研究电场的性质时，应该将电荷放入电场中，从电荷所受的静电力入手。
【教师补充】试探电荷是为了研究源电荷电场的性质而引入的，它的引入不改变源电荷的电场。
【教师提问】为什么试探电荷的电荷量要充分的小？
回答：试探电荷的引入，是为了测量电场的分布特性。除场源是点电荷的情形外，在带电体激发的电场中放入电荷都会改变场源电荷的分布，这对原来的电场来说已经发生了变化。为了尽量减少这种变化，要求放入的试探电荷对场源电荷的分布的影响尽可能小到可以忽略不计，这就要求作为试探电荷的电荷量要充分小。
【思考与讨论】我们不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱因为对于电荷量不同的试探电荷，即使在电场的同一点，所受的静电力也不相同。那么，用什么物理量能够描述电场的强弱呢？
【教师总结】放入电场中某点的电荷所受的静电力F 跟它的电荷量q 的比值，叫作该点的电场强度；电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
3、点电荷的电场 电场强度的叠加 【教师引导】点电荷的电场
如图所示，场源电荷Q 与试探电荷q 相距为r ，则它们之间的库仑力22
Qq Q
F k qk
r r ==，所以电荷q 处的电场强度2=F Q
E k q r
=
。 【教师补充引导】电场强度的叠加
图中P 点的电场强度，等于电荷＋Q 1在该点产生的电场强度E 1与电荷－Q 2在该点产生的电场强度E 2的矢量和。
【小结】电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这种关系叫作电场强度的叠加。
【教师总结】如图所示，均匀带电球体(或球壳)外某点的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同，即2=Q
E k
r
，式中的r 是球心到该点的距离(r ＞R )，Q 为整个球体所带的电荷量。
4、电场线
【教师引导】电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。
【教师提问】根据我们所看到的几种电场线，谁能归纳一下电场线的方向有什么特点？
教师归纳：电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。
如图，几种经典电场线
【教师总结】特点：
(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，是不闭合曲线。
(2)电场线在电场中不相交，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。
(3)在同一幅图中，电场线的疏密反映了电场强度的相对大小，电场线越密的地方电场强度越大。
(4)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。
5、匀强电场
如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫匀强电场。见课本图。【课堂练习】
1、电场强度的定义式为F E q =
，点电荷的场强公式为2kQ
E r
=，下列说法中正确的是( ) A.F E q =中的场强E 是电荷q 产生的 B.F E q =和2kQ E r
=都只对点电荷适用
C.F
E q
=
中的F 表示单位正电荷的受力 D.2
kQ
E r =
中的场强E 是电荷Q 产生的 答案：D
2、在相距为r 的A B 、两点分别放上点电荷A Q 和B Q ，C 为AB 的中点，如图所示，现引入带正电的检验电荷q ，则下列说法中不正确的是( )
A.如果q 在C 点受力为零，则A Q 和B Q 一定是等量异种电荷
B.如果q 在AB 延长线离B 较近的D 点受力为零，则A Q 和B Q 一定是异种电荷，且电荷量大小A B Q Q >
C.如果q 在AC 段上的某一点受力为零，而在BC 段上移动时始终受到向右的力，则A Q 一定是负电荷且电荷量大小A B Q Q <
D.如果q 沿AB 的垂直平分线移动时受力方向始终不变，则A Q 和B Q 一定是等量异种电荷 答案：A
3、在下列各静电场的电场线分布图中，其中不可能的是( ) A.
B.
C.
D.
答案：D
4、如图所示，在正方形四个顶点分别放置一个点电荷，所带电荷量已在图中标出，则下列四个选项中，正方形中心处场强最大的是( )
A. B.
C. D.
答案：B
5、如图所示，APB 曲线是电场中的一条电场线，ab 与曲线相切于P cd ，与ab 正交于P ，一个电子通过P 点时其速度与Pc 同向，若电子只受电场力作用，则其加速度( )
A.与a 同向
B.与b 同向
C.与c 同向
D.与d 同向
答案：A
6、如图所示，A B 、两点之间相距0.16 m ，A B 、两点处放的电荷的电荷量分别为Q +和9Q +，求在A B 、连线上的0E =点的位置．
答案：电场强度0E =的位置一定在AB 之间，距A 为0.04m 【板书设计】
§9.3 电场 电场强度
一、电场
1．电场的产生：电荷在其周围产生电场，电场是电荷周围存在的一种特殊物质。 2．基本性质：电场对放入其中的电荷产生力的作用。
3．电荷间的相互作用： 电荷之间是通过电场发生相互作用的。
4．电场和磁场统称为电磁场，电磁场是一种客观存在的特殊物质，也有能量、动量。 5．静电场：静止的电荷产生的电场。 二、电场强度
1．试探电荷：为研究电场的性质而引入的电荷量和体积都很小的点电荷。 2．场源电荷：激发电场的电荷。 3．电场强度
(1)定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F 跟它的电荷量q 的比值，叫作该点的电场
强度。 (2)定义式：F E q
。 (3)单位：牛/库(N/C)。
(4)方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
(5)物理意义：电场强度是描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小无关。
三、点电荷的电场 电场强度的叠加 1．点电荷的电场 (1)公式：2
=Q E k
r 。 (2)方向：若Q 为正电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线背离Q ；若Q 为负电荷，电场强度方向沿Q 和该点的连线指向Q 。
2．电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这种关系叫作电场强度的叠加。 四、电场线
1．定义：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。 2．特点：
(1)电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，是不闭合曲线。 (2)电场线在电场中不相交，因为电场中任意一点的电场强度方向具有唯一性。
(3)在同一幅图中，电场线的疏密反映了电场强度的相对大小，电场线越密的地方电场强度越大。
(4)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线。 五、匀强电场
1．定义：电场强度的大小相等，方向相同的电场。 2．电场线特点：匀强电场的电场线是间隔相等的平行线。 【教学后记】
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
第九章静电场及其应用 静电的防止与利用 【考点梳理】 考点一：静电感应现象 1.把导体放入电场，导体内的自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象． 2．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场等于零，导体内的自由电子不再发生移动的状态． 3．静电平衡状态的特征 (1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零． (2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直． (3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面． 4．静电平衡导体上的电荷分布 带电的导体内部没有电荷，电荷分布在导体的外表面．且在导体表面越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷． 考点二：尖端放电与静电屏蔽 技巧总结：对静电平衡的理解 1．静电平衡的实质：金属导体放到场强为E
的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小．当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，合场强为零时，自由电荷的定向移动停止． 2．对静电平衡的三点理解 (1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动． (2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的． (3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零，E′＝－E. 3．静电平衡状态下的导体的电荷分布特点 (1)净电荷都分布在导体的表面，导体内部没有净电荷． (2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异． 【题型归纳】 题型一：静电的防止与利用 1．（2020·武威第六中学高二月考）如图所示为某静电除尘器的工作原理图，根据此图请判断以下说法正确的是（） A．集尘盘负极吸附大量粉尘的原因是粉尘带上了正电 B．离子发生器的作用是在空气经过时使其中的粉尘带上负电 C．若预过滤网破裂，不影响除尘器的除尘效果 D．该除尘器能有效去除空气中的有毒气体 2．（2020·汪清县汪清第四中学高二月考）关于静电的利用和防范，以下说法中正确的是（）。A．没有安装避雷针的建筑物一定会被雷电击毁 B．油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上，避免产生电火花引起爆炸 C．飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚 D．手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧
第4节静电的防止与利用 核心 素养 物理观念科学思维科学探究 1.知道什么是静电平衡状 态，能说出静电平衡状态 下的导体特点。 2.知道导体上电荷的分布 特征，了解尖端放电、静 电屏蔽现象及其成因。 会根据静电 平衡条件求 解感应电荷 产生的场强。 1.观察演示实验并对实验现象 分析，体会运用所学知识进行 分析推理的方法。 2.查阅并搜集资料，了解静电屏 蔽和静电吸附在技术和生活中 的应用。 知识点一静电平衡状态、导体上电荷的分布 [观图助学] (1) (2)如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内 的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向定 向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。 ①这种定向移动是无休止的吗？ ②电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？ 1.静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。 2.静电平衡状态 导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。
3.静电平衡状态下导体的特点 (1)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。 (2)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。 4.导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 [思考判断] (1)处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面可能垂直，可能平行，也可能成任意夹角。(×) (2)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度为0，所以处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0。(√) 知识点二尖端放电、静电屏蔽和静电吸附 [观图助学] (1)避雷针的作用是什么(如图甲所示)? (2)飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击(如图乙所示)。但是当飞机遭遇雷击时，电流可以从雷电云达到飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身，但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？ 甲乙 1.空气的电离：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷分离的现象。
第九章静电场及其应用教案 第一节电荷 (1) 第二节库仑定律 (7) 第三节电场电场强度 (14) 第四节静电的防止与利用 (21) 第一节电荷 【教学目标】 一．知识与技能 1. 知道自然界只存在正、负两种电荷。知道同种电荷相互排斤，异种电荷相互吸引。知道电荷量的概念及其国际单位； 2. 理解电荷守恒定律； 3. 关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。 二．过程与方法 1. 经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质； 2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法，培养学生观察、分析的能力。 三．情感态度与价值观 1.通过电荷守恒定律的理解和应用，培养他们谦虚好学的思想和实事求是的态度。 2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。 【重点难点】 教学重点：1. 理解摩擦起电、感应起电和接触起电； 2. 对于元电荷的理解，以及对于电荷守恒定律的理解和应用。 教学难点：1. 学会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质； 2. 应用电荷守恒定律分析接触起电现象中电荷量的分配。 【教学准备】 课件、玻璃棒（附丝绸）、橡胶棒（附毛皮）、验电器、乒乓球、碎纸屑等
【教学过程】 导入新课： 摩擦可以使物体带电。摩擦过的琥珀能够吸引羽毛。为什么有的物体容易带电，而有的物体很难带电呢？ 讲授新课： （1）电荷 【教师举例引导】通过生活中的现象，我们可以知道，刚梳过头发的塑料梳子可以将我们的头发吸引起来；冬天的夜晚，我们脱掉身上的毛衣会有“噼啪”的声响，衣服也会黏在身上，那么为什么会出现这些现象呢？发生这些现象的原因是什么？ 【教师引导实验】 学生实验：利用桌子上的实验用具，用丝绸摩擦玻璃棒，毛皮摩擦橡胶棒，分别把棒靠近乒乓球或者碎纸屑等轻小物体，观察现象。 【学生讨论】学生：发现玻璃棒和橡胶棒可以吸引轻小物体。 学生小组讨论，思考现象原因。 【教师总结】物体具有了吸引轻小物体的性质，我们就说物体带了电，或说物体带了电荷。习惯上把带了电的物体叫做带电体。用摩擦的方法使物体带电叫摩擦起电。 【教师引导提问】我们已经知道了什么叫带电现象，知道了被毛皮摩擦过的橡胶棒和被丝绸摩擦过的玻璃棒都带上了电荷，那么它们带的电荷是否相同呢？ 【演示实验】将被毛皮摩擦过的橡胶棒放在支架上，用另一根被毛皮摩擦过的橡胶棒去靠近它，看到的现象：发现两根橡胶棒相互远离；将被丝绸摩擦过的玻璃棒放在支架上，用另一根被丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近它，看到的现象:发现两根玻璃棒相互远离；将被毛皮摩擦过的橡胶棒放在支架上，用被丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近它，看到的现象：发现两根棒相互靠近。
（新教材）统编人教版高中物理必修三第九章第4节《静电的防止与 利用》优质说课稿 今天我说课的内容是新人教版高中物理必修三第九章第4节《静电的防止与利用》。第九章是静电场及其应用，讲述电现象。人类研究电现象的历史与力学研究同样丰富多彩，但电的世界比机械运动的世界更加错综复杂。《静电的防止与利用》一节主要讲解静电在生活中的利用与防护。本课教学承担着实现本单元教学目标的任务，为了更好地教学，下面我将从课程标准、教材分析、教学目标和学科核心素养、教学重难点、学情分析、教学方法、教学准备、教学过程等方面进行说课。 一、说课程标准 普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）【内容要求】：“3.1.4 了解生产生活中关于静电的利用与防护。例 6 分析讨论静电在激光打印、静电喷雾和静电除尘等技术中的应用。知道在有可燃气体、粉尘的环境中如何防止静电事故。” 二、说教材分析 本课教材主要内容有四个方面：静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附。教材一开始以自然界、生产中存在的静电现象引入，让学生思考背后的原因；紧接着教材介绍了静电的防上知识：静电平衡、尖
端放电、静电屏蔽；最后教材讲解了静电利用知识：静电吸附。教材安排有演示实验、科学漫步，以提高学生理解、探究分析解决问题的能力。 三、说教学目标 1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件，掌握静电平衡状态下的导体特点。 2.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用。 3.了解静电吸附知识。 四、说核心素养： 【物理观念】通过学习静电知识，树立物质观念和运动与相互作用观念；能从电学视角解释自然现象和解决实际问题。 【科学思维】在探究过程中运用分析综合、推理论证等方法；体会用“实验法”和“理论推导”相互验证问题的方法。 【科学探究】通过静电屏蔽实验，培养提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。【科学态度与责任】从对生活中有静电现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣。 五、说教学重难点 （一）教学重点：静电防护知识。 （二）教学难点：静电平衡条件。 六、学情分析
4.静电的防止与利用 [学习目标] 1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。(重点)2.了解空气电离和尖端放电现象。3.知道导体上电荷的分布规律。(难点)4.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。(重点)5.了解静电除尘、静电喷漆和静电复印的原理。 一、静电平衡 1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。 2．静电平衡状态：导体内的自由电荷不再发生定向移动的状态。 3．导体内部电场强度特点：内部电场强度处处为0。 二、尖端放电 1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。 2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3．尖端放电的应用与防止 (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。 三、静电屏蔽 1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。 2．静电屏蔽的应用 (1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。 (2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。 四、静电吸附 1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。 2．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
3．静电复印的工作过程： (1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。 (2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。 (3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。 (4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。 (5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。(√) (2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。(×) (3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。 (×) (4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能X开。 (×) (5)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(√) 2．如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到静电平衡时，下列判断正确的是( ) A．金属球将产生出正电荷 B．金属球左侧将出现负的净电荷 C．点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零 D．A的内部合电场强度处处为零 D[由于静电感应，金属球左侧带正电，右侧带负电，A、B错误；点电荷在球心产生的电场强度不为零，C错误；A的内部合电场强度处处为零，D正确。] 3．(多选)关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是( ) A．静电感应是由于导体内的自由电子受静电力作用的结果
4.静电的防止与利用新课程标准核心素养目标 了解生产生活中关于静电的利用 与防护物理观念 通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电 平衡概念的建立过程 科学思维 掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感 受知识的建立过程 科学探究 通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，知道处于 静电平衡的导体的特征 科学态度 与责任 经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实 事求是的科学态度 必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基 一、静电平衡 1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生________的状态． 2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为________. 二、尖端放电 1．导体上电荷的分布 (1)静电平衡时，导体________没有净剩电荷，电荷只分布在导体的________． (2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)________，凹陷的位置几乎没有电荷． 2．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷________很大，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷________的现象． 3．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被________，而与尖端上的电荷________，相当于导体从尖端________的现象． 4．尖端放电的应用与防止： (1)应用：________是利用尖端放电避免雷击的一种设施． (2)防止：高压设备中导体的表面尽量________会减少电能的损失． 三、静电屏蔽 1．静电屏蔽：静电平衡时，带空腔的导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为________．外电场对壳内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作________．2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连． [情境思考] 油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？
第3节电场电场强度 [观图助学] (1)如图甲所示，F1和F2为电荷q1和q2间的相互作用的库仑力，那么F1和F2各是怎样产生的？ (2)弹力和摩擦力都是在两个物体互相接触的情况下产生的。而两个带电体没有接触，就可以发生静电力的作用。如图乙所示，带电橡胶棒与水流没有接触，就可以发生静电力的作用。那么，它们之间的相互作用是通过什么发生的？ 甲乙 1.电场 电荷的周围存在着由它产生的电场。电荷之间的相互作用是通过电场产生的。 2.电场的基本性质 电场对放入其中的电荷有力的作用。 3.静电场 由静止的电荷产生的电场，叫作静电场。 [思考判断] (1)电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在。(×) (2)电场是一种特殊物质，并非由分子、原子组成，但客观存在。(√) (3)电荷间的相互作用是通过电场发生的。(√) 知识点二电场强度 [观图助学]
观察上图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q 越远，夹角越小，这说明了什么问题？猜想：电场的强弱与哪些因素有关呢？ 1.试探电荷与场源电荷 (1)试探电荷：如上图所示，带电小球q 是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为试探电荷，或检验电荷。 (2)场源电荷：被检验的电场是电荷Q 所激发的，电荷Q 称为场源电荷，或源电荷。 2.电场强度 (1)定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F 跟它的电荷量q 的比值，叫作该点的电场强度。 (2)定义式：E ＝F q 。 (3)单位：牛/库(N/C) ，伏/米(V/m)。1 N/C ＝1 V/m 。 (4)方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。 (5)物理意义：电场强度是描述电场的力的性质的物理量，与试探电荷受到的静电力大小无关。 [思考判断] (1)电场强度既有大小、又有方向，是矢量。(√) (2)根据电场强度的定义式E ＝F q 可知，E 与F 成正比，与q 成反比。(×) (3)根据E ＝F q ，由于q 有正负，故电场中某点的场强有两个方向。(×) (4)电场中某点的电场强度与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，场强反向。(×) 知识点三 点电荷的电场 电场强度的叠加 [观图助学] 如图所示，两个带等量正电的点电荷P 、Q 周围都有电场，A 点处于P 的电场中，也处于Q 的电场中，试猜想A 点处的电场强度的大小方向如何？如果把检验电荷＋q 放在A 点，其受力情况如何？ 1.点电荷的电场 如图所示，场源电荷Q 与试探电荷q 相距为r ，则它们的库仑力F ＝k Qq r 2＝qk Q r 2，所以电荷q
第九章静电场及其应用 4静电的防止与利用 基础过关练 题组一静电平衡 1.(2023黑龙江鸡西四中月考)对于电场中处于静电平衡状态的导体,下列说法正确的是() A.导体内部的场强处处为零 B.导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面 C.导体内部场强是外电场与感应电荷电场叠加后的合场强,其大小为零 D.处于静电平衡的导体内部的自由电子不再运动 2.(2023河南创新联盟联考)如图所示,将一不带电的枕形导体放在一个点电荷+Q(Q>0)的右侧,C、D为枕形导体内部的两点,过D点的竖直虚线将导体分为左、右两部分,当达到静电平衡时,下列说法正确的是() A.枕形导体左边部分带正电 B.枕形导体左边部分的电荷量大于右边部分的电荷量 C.C、D两点的电场强度相等 1
2D.将点电荷+Q 缓慢靠近枕形导体,C 点的电场强度逐渐增大 3.(2022安徽卓越县中联盟期中联考)半径为R 的金属球原来不带电,现将一个带电荷量为-Q (Q >0)的点电荷放在球的左侧,点电荷的位置和球心等高且距离球左侧l =3R ,如图所示。当球达到静电平衡后,球上感应电荷在球心O 处产生的电场强度的大小和方向是(静电力常量为k ) ( ) A. kQ 16R 2,向右 B.kQ 16R 2,向左 C.kQ 9R 2,向右 D.kQ 9R 2,向左 4.(2021山东枣庄三中月考)如图所示,在A 、D 两点放置电荷量分别为Q 和2Q 的正电荷,将一原来不带电的金属球放在A 、D 之间,使其球心位于AD 的中点O 处,球内B 、C 两点与O 点距离相等,A 、B 、O 、 C 、 D 五点共线。设金属球上感应电荷在球内B 、O 、C 三点产生电场的场强大小分别为 E B 、E O 、E C ,则下列结论正确的是 ( ) A.E B 最大 B.E C 最大 C.E O 最大 D.E B =E O =E C
第九章静电场及其应用 1．电荷 目标体系构建 明确目标·梳理脉络【学习目标】 1．知道自然界的电荷只有两种，且电荷间存在着相互作用。 2．了解摩擦起电和感应起电两种使物体带电的方式，学会从物质微观结构的角度认识物体带电的原因。 3．理解电荷守恒定律，会解释生活中的静电现象。 4．知道电荷量、元电荷、比荷的概念，知道电荷量是不能连续变化的物理量。 【思维脉络】 课前预习反馈 教材梳理·落实新知知识点1电荷 1．两种电荷 自然界中只存在两种电荷，即__正__电荷和__负__电荷。 2．电荷量：电荷的__多少__，用Q表示，有时也可用q来表示。在国际单位制中，单位是__库仑__，简称__库__，符号是C。 3．原子的组成 ①原子是由带正电的__质子__、不带电的中子以及带负电的__电子__组成的。 ②每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量__一样多__，整个原子对外界表现为__中性__。 4．摩擦起电的原因：当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受束缚较弱的__电子__会转移到另一个物体上，原来电中性的物体由于得到电子而带__负电__，失去电子的物体则带__正电__。 5．自由电子：金属中原子的外层电子脱离__原子核__的束缚而在金属中__自由运动__，这种电子叫作自由电子。 6．离子：失去自由电子的__原子__便成为带正电的离子。 知识点2静电感应 1．静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带__异种__电荷，远离带电体的一端带__同种__电荷，这种现象叫作静电感应。 2．感应起电：利用__静电感应__使金属导体带电的过程。
课时教案 第九单元第 5 案总第 5 案 课题：§9.4 静电的防止与利用 【教学目标与核心素养】 1．知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特征 2．知道处于静电平衡的导体上电荷的分配规律 3．知道尖端放电现象和静电平衡现象 【教学重点】 1．处于静电平衡状态导体的特征 【教学难点】 1．处于静电平衡状态导体的特征 【教学过程】 引入： 加油站工作人员的工作服有专门的要求，必须是防静电面料或全棉面料，不允许穿化纤服装上岗操作，更不允许在加油站现场穿脱、拍打化纤服装，加油前还要摸一下静电释放器，为什么有这些要求；油罐车后面为什么要拖着一个小尾巴；下面两个图，一个是人站在一个用金属网制成的大笼子里，外面加上高压电，里面的人为什么会安然无恙？第二个图是高压线路工作人员带电作业，为什么工作人员是安全的？带着这些疑问我们一起来学习《静电的防止与利用》。 【新课教学】 一、静电平衡 教师：把金属导体放到电场中，导体上会出现怎样的现象？如图示。 导体中的自由电荷在外电场的作用下会发生定向移动，结果会在沿着电场强度方向的导体两端出现等量异种电荷。
问题1．自由电荷移动聚集在导体两端，会出现怎样的结果？ 问题2．自由电荷是否会永远的定向运动下去？ 教师：自由电荷的移动会产生感应电场，方向与原电场方向相反，移动电荷越多，感应电场越强，根据电场的叠加，则合电场越弱，当合场强为零时，自由电荷停止运动，如右图所示。这种现象称为静电平衡。 1．定义：导体中（包括表面)没有电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态。 2．静电平衡状态下导体的特点 ①导体是个等势体，导体表面为等势面 ②内部的场强处处为0，电势处处相等 ③导体表面附近的场强方向与导体表面垂直 3．静电平衡状态下，导体上电荷的分布特点 ①电荷分布在导体的表面，内部没有净电荷 内部有其它带电体的空腔导体，其内外表面均有净电荷分布。 ③导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。例1．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电量分别为-Q和+2Q，它们相距为L，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r（2r＜L）的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小为12KQ2/L2，方向为水平向右。 二、静电现象的防止与应用 1．静电现象 ⑴尖端放电 电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。尖端放电：带电体尖端附近的电场特别强，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电的现象。 应用：避雷针（引雷针）是利用尖端放电保护建筑物等免遭雷击的一中设施（介绍工作原理）。
第1节电荷 学习目标 1.知道自然界中有两种电荷,知道电荷量的概念及其国际单位。 2.会用原子结构模型解释摩擦起电的原因,观察并分析静电感应现象,会用静电的原理解释生活中的现象。 3.通过对不同起电方式的分析,得出电荷守恒定律,理解电荷守恒定律,知道守恒思想的重要性。 4.知道元电荷、比荷的概念,理解电荷量的不连续性。 自主预习 一、电荷 1.很多物体由于摩擦而带电,并称这种方式为。当两个物体互相摩擦时,一些受束缚较弱的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带,失去电子的物体则带。如用丝绸摩擦过的硬玻璃棒带电,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带电。 2.自然界中的电荷只有两种:电荷和电荷,同种电荷相互,异种电荷相互。 3.电荷量:叫作电荷量,在国际单位制中,它的单位是,符号是,正电荷的电荷量为正值,负电荷的电荷量为负值。 二、静电感应 1.自由电子:金属中离原子核较远的能脱离原子核的束缚而在金属中的电子。 2.静电感应:当一个带电体靠近导体时,由于电荷间,导体中的自由电
荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带电荷,远离带电体的一端带电荷的现象。 3.感应起电:利用使金属导体带电的过程。 三、电荷守恒定律 1.表述一:电荷既不会,也不会,它只能从一个物体转移到,或者从物体的一部分转移到;在转移过程中,电荷的保持不变。 2.表述二:一个与外界没有交换的系统,电荷的保持不变。 四、元电荷 1.元电荷:的电荷量叫作元电荷,用e表示。 e= 。最早由美国物理学家测得。 2.电荷量的不连续性:所有带电体的电荷量或者等于,或者是的整数倍。 3.电子的比荷:电子的与电子的质量m e之比。 课堂探究 [情境设问] 请同学们用准备好的塑料梳子梳头,然后用梳子去接触小纸屑,请观察发生什么现象。 (一)电荷 1.物质的微观结构是怎样的?摩擦起电的原因是什么? 结论:摩擦起电没有电荷,只是电荷发生了。 2.什么是自由电子,金属成为导体的原因是什么?
第九章静电场及其应用 第2节库仑定律 【素养目标】 1、通过演示实验，定性了解电荷之间的作压力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系 2、明确点电荷是个理想模型。知道带电体简化为点电荷的条件， 3、理解库仑定律的含义及其表达式、适用条件，知道静电力常量 4、了解库仑扭秤实验。 【必备知识】 知识点一、电荷之间的作用力 (1)库仑定律:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 (2)表达式: 221r Q Q k F 在国际单位制中,k=9.0x 109 N ·m/C 2，k 是一个常量——静电力常量，库仑力是"性质力”，不是“效果力”。 (3)适用条件 ①真空中(空气中也近似成立)。 ②静止点电荷 点电荷是一种理想化模型，类似于力学中的质点模型。 当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可忽略时,这样的带电体可看成带电的点，即点电荷。 (4) 对库仑定律的理解 ①两个带电体间的库仑力是一对作用力和反作用力。 不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷的作用力大。 ②代入公式计算时，一般将电荷量的绝对值代入，然后根据“同种电荷相斥、异种电荷相吸”来判断力的方向。
③两个均匀带电绝缘球体，可视为电荷集中在球心的点电荷，为两球心间距离。 对于两个带电金属球，要考虑静电力会使金属球表面的电荷重新分布。 知识点二、静电力计算 (1)库仑定律与万有引力的对比 (2)静电力的叠加 ①两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 静电力的叠加遵循平行四边形原则。 ②三个自由点电荷的平衡问题 对其中一个电荷受力分析可知，若不共线，则无法保持平衡。 三个带电体在一条直线上，都在静电力作用下处于平衡状态，它们遵循的规律是：中间的电荷与两边的电荷电性相反，两边电荷电性相同，中间电荷量最小，即“两同夹一异，两大夹一小。” ③任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果知道带电体上的电荷分布，根据库伦定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力。
9.1 电荷 一、教材分析 本节内容是人教版高中《物理》必修第三册的第九章第一节。作为“静电场”的第一节，是本章的预备性知识，也是高中阶段电学内容的开始，必须为后面的学习打好基础。本节由电荷、起电方式、电荷守恒定律、元电荷四个部分内容组成。关于静电现象方面的知识，初中已有介绍，而高中更侧重从物质微观结构的角度认识物体带电的本质，结合摩擦起电和感应起电的具体情景，理解电荷守恒定律是本节的重点。 二、学情分析 摩擦起电、两种电荷的相互作用、电荷量的概念初中已接触，电荷守恒定律对学生而言不难接受，在此基础上，从微观分析产生摩擦起电、感应起电的原因，有了使物体带电的理解，电荷守恒定律便水到渠成，进一步巩固高中的守恒思想。培养学生透过现象看本质的科学习惯。 三、教学目标 1.知识与技能 （1）知道自然界存在两种电荷，并且知道其相互作用规律。 （2）了解使物体带电的方法，能从物质微观世界的角度认识物体带电的本质。 （3）知道电荷量、元电荷等概念，了解电荷量不能连续变化。 （4）理解电荷守恒定律。 2.过程与方法 （1）经历摩擦起电、感应起电的实验过程。 （2）由两个起电实验，分析电荷可能守恒的合理猜测。 3.情感、态度、价值观 （1）通过观察实验现象, 体验自然现象的神奇。 （2）经历猜测验证电荷守恒定律的过程,培养守恒的思想。
四、教学重难点 1.教学重点 （1）做好摩擦起电和感应起电两个实验 （2）让学生理解电荷守恒定律 2.教学难点 （1）做好感应起电两个实验 （2）让学生理解电荷守恒定律 五、教学过程 教学环节一： 活动一： 教师：播放闪电视频，引入物理学习新篇章电学部分。 （意图：通过观看视频，体会静电现象就在我们身边，让学生产生学习需求） （板书标题：电荷及其守恒定律） 活动二： 教师：提问：初中学过哪些与电荷有关的知识？ 学生：回答：（1）有两种电荷，正电荷与负电荷；（2）摩擦可以起电；...... （意图：回顾已学知识，增强学生熟悉感） （板书：一、电荷：两种电荷：正电荷、负电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引）教学环节二： 活动一： 教师:让学生举例摩擦起电。 学生：结合已有知识和生活经验举例：丝绸和玻璃棒摩擦，冬天脱毛衣时有电火花，...... 教师：评价“物理源于生活”。 （意图：增强学生“物理源于生活”的思想） （板书：1.摩擦起电） 活动二：
阶段提升课 第九章 库仑力作用下带电体的平衡与加速问题 (科学思维——科学推理) 1．库仑力作用下的平衡问题： (1)分析带电体在有库仑力作用下的平衡问题时，与力学问题一样，具体方法是：确定研究对象，受力分析，建立坐标系进行正交分解，列出平衡方程，联立求解。 (2)共线的三个点电荷平衡的规律： ①“两同夹异”，若三者均带同种电荷，无论怎么放，外侧点电荷都不能平衡。异种电荷必放中间，若异种电荷B放外侧，它本身不可能平衡。 ②“两大夹小”，即放在中间的异种电荷B电荷量最小。 若Q B>Q C，则F BA>F CA，A不能平衡。若Q B>Q A，则F BC>F AC，C不能平衡。 ③“近小远大”，自由点电荷位置必为“靠小”，即中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
2．库仑力作用下的非平衡问题： 与力学问题的处理方法相同，明确研究对象，分析运动过程，再分析包括库仑力在内的所有力，依据牛顿运动定律或者动能定理列方程，并灵活选用整体法和隔离法分析问题。 【典例1】如图所示，电荷量Q ＝2×10－7 C 的正点电荷A 固定在空间中O 点， 将质量m ＝2×10－4 kg 、电荷量q ＝1×10－7 C 的另一正点电荷B 从O 点正上方0.5 m 处由静止释放，B 运动过程中速度最大位置在P 点。若静电力常量k ＝9× 109 N ·m 2/C 2，重力加速度g 取10 m /s 2，求： (1)B 释放时所受库仑力的大小； (2)B 释放时的加速度大小； (3)P 、O 间的距离L 。 【解析】(1)根据库仑定律可得B 释放时所受库仑力的大小 F ＝k Qq l 2 ＝9×109×2×10－7×1×10－70.5 2 N ＝7.2×10－4 N (2)根据牛顿第二定律， 则有mg －F ＝ma 代入数据解得a ＝6.4 m /s 2 (3)速度最大时加速度为零，由力的平衡条件，则有F ＝mg ， 代入数据解得L ＝0.3 m 。 答案：(1)7.2×10－4 N (2)6.4 m /s 2 (3)0.3 m 1．(水平2)如图所示，质量相同的A 、B 两物体放在光滑绝缘的水平面上，所在空间有水平向左的匀强电场，场强大小为E ，其中A 带正电，电荷量大小为q ，B 始终不带电。一根轻弹簧一端固定在墙面上，另一端与B 物体连接，在电场力作用下，物体A 紧靠着物体B ，一起压缩弹簧，处于静止状态。现在A 物体
9.1 电荷 问题1：怎样使物体带电？ 使物体带电有三种方式：摩擦起电、接触起电、感应起电 问题2：物体带电的本质是什么？ 从微观的角度分析，三种带电方式的本质是相同的——都是自由电荷转移的结果。电荷从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，但总量保持不变，这就是“电荷守恒定律”的内容。 问题3：什么是元电荷？ 元电荷是电子或质子吗？错! 元电荷不是哪一种电荷，而是电量，最小的电荷量！（实际带电体的电荷量都是它的整数倍Q=Ne） 9.2 库仑定律 需要掌握：库仑定律的内容、条件，以及点电荷的概念 问题1：库仑定律的内容？ 库仑定律研究的是：真空中两个静止点电荷，它们之间相互作用力大小与它们的电荷量的乘积成正比、与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 问题2：库仑定律的适用条件是什么？ 从内容上可以知道，库仑定律适用条件是——真空中的点电荷 问题3：什么是“点电荷”？库仑定律为什么有这个要求？ 我们对实际的带电体研究发现：实际带电体表面的电荷分布，与它的形状有关的，也会影响带电体之间的作用力大小。 为了便于研究，也是借鉴了质点模型建立的思想——当带电体之间的距离>>自身的尺寸时，带电体的大小、形状以及电荷分布的影响就可以忽略，这时的带电体可以看作的一个带电的点，这就是点电荷。 所以说：库仑定律研究的是最简单的两个带电体之间的作用力规律。 9.3 电场强度 我们需要掌握电场强度的定义方法、及电场强度与试探电荷的关系。 问题1：电场强度是用什么方法进行定义的？ 场很抽象——看不见摸不着，怎样来描述呢？ 可以打个比喻：场有点儿像风。想要知道今天和风向和风力，可以借助于一面旗子：从旗子飘扬的方向知道风向，从它飘展的程度判断风力的大小。 电场也一样，我们可以在电场中放入一个试探电荷，用试探电荷的受力来确定电场的情况。
第九章 知识体系·思维导图 考点整合·素养提升 考点库仑定律与库仑力作用下的平衡问题 (难度☆☆☆) 1.库仑定律:F=k,适用于真空中静止点电荷间的库仑力的计算。 2.求解涉及库仑力的平衡问题的解题思路: 点电荷平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的,只是在原来受力的基础上多分析一个电场力。具体步骤如下: 3.三个自由点电荷的平衡条件及规律:
“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上; “两同夹异”——正、负电荷相互间隔; “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小; “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。 库仑力作用下平衡问题的关键词转化 提醒:对于三个自由电荷的平衡问题,只需对其中两个电荷列平衡方程,不必再对第三个电荷列平衡方程。 1.(多选)(2020·张家界高二检测)A、B两带电小球,质量分别为m A、m B,用绝缘不可伸长的细线如图悬挂,静止时A、B两球处于相同高度。若B对A及A对B的库仑力分别为F A、F B,重力加速度为g,不计空气阻力,则下列判断正确的是() A.F A 两球间的库仑力是作用力与反作用力,大小一定相等,故A错误;对小球A受力分析,受重力、库仑力、拉力,如图。由共点力的平衡条件有:m A g=F T A cos 30°,因此:F T A=m A g,故B错误;由整体法可知,细线OC的拉力等于两球的总重力,故C正确;同时烧断AC、BC细线后,A、B在竖直方向只受重力不变,所以加速度相同,故D正确。 2.(多选)如图所示,粗糙程度均匀的绝缘空心斜面ABC放置在水平面上, ∠CAB=30°,斜面内部O点(与斜面无任何连接)固定一个正点电荷,一带负电可视为质点的小物体可以分别静止在M、P、N点,P为MN的中点,OM=ON,OM∥AB,下列说法正确的是() A.小物体在M、P、N点静止时一定都是受4个力 B.小物体静止在P点时受到的摩擦力最大 C.小物体静止在P点时受到的支持力最大 D.小物体静止在M、N点时受到的支持力相等 【解析】选C、D。对小物体分别在三处静止时所受力分析如图所示: 结合平衡条件,由图,小物体在P、N两点时一定受四个力的作用,而在M处不一定,故A错误。小物体静止在P点时,摩擦力f=mg sin30°,静止在N点时:f′=mg sin30°+F′cos30°,静止在M点时:f″=mg sin30°-F′cos30°,可见静止在N点时所受摩擦力最大,故B错误。小物体静止在P点时,设库仑力为F,受到的支持力:N=mg cos30°+F,在M、N点时:N′=mg cos30°+F′sin30°,由库仑定律知:F>F′,故N>N′,即小物体静止在P点时受到的支持力最大,静止在M、N点时受到的支持力相等。故C、D正确。 第九章静电场及其应用 1电荷 基础过关练 题组一电荷 1.(2023湖南益阳三中月考)“通草球”是五加科植物通脱木的茎髓。秋 天取茎,趁鲜时取出茎髓,放置干燥处晾干,将茎髓制成小球。这种小 球密度很小且绝缘,过去常用来做静电实验。现在这种东西较少见,一般中药店里有售。在图中,两个通草球甲和乙悬挂在支架上,彼此吸引。关于该现象,下列判断正确的是() A.甲球一定带了电 B.乙球一定带了电 C.两个球中有一个可能不带电 D.两球可能带有同种电荷 2.如图所示,a、b、c、d为四个带电小球,两球之间的作用 分别为a吸引d,b排斥c,c排斥a,d吸引b,则() 1 A.有两个小球带同种电荷 B.有三个小球带同种电荷 C.c、d小球带同种电荷 D.c、d小球带异种电荷 题组二三种起电方式的比较 3.(2023湖南怀化联考)“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。兴华同学在学习了电荷相关知识后,用丝绸摩擦玻璃棒并探究玻璃棒带电的原因,下列说法正确的是() A.玻璃棒创造了正电荷 B.丝绸创造了负电荷 C.丝绸上有些电子转移到玻璃棒上 D.玻璃棒上有些电子转移到丝绸上 4.(2023福建厦门松柏中学月考)使带电的小球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况,其中正确的是() A B C D 5.(2023北京顺义一中月考)如图所示,两个用绝缘柱支持的枕形导体A、B靠在一起,起初它们不带电。将带正电的C靠近导体A,下列说法正确的是() 2 3 A.A 左端带正电,B 左端带负电 B.A 左端带负电,B 左端也带负电 C.先移走C ,再将A 、B 分开,A 将带正电 D.先将A 、B 分开,再移走C ,A 将带负电 6.(2022吉林长春第二十九中学月考)如图所示,不带电导体B 在靠近带正电荷的导体A 后,P 端及Q 端分别感应出负电荷和正电荷,则以下说法正确的是 ( ) A.若用导线将Q 接地,然后断开,再取走A ,则导体B 将带负电 B.若用导线将Q 接地,然后断开,再取走A ,则导体B 将带正电 C.若用导线将Q 接地,然后断开,再取走A ,则导体B 将不带电 D.若用导线将P 接地,然后断开,再取走A ,则导体B 将带正电 7.某同学将一根橡胶棒用毛皮摩擦后,先后进行了如下操作:①将橡胶棒靠近(不接触)验电器的金属球(如图1);②保持橡胶棒的位置不动,用手接触验电器的金属球(如图2);③接着先把手移开, 再把橡胶 专题一电场的力的性质 课题任务等量点电荷周围的电场场强特点 等量同种点电荷和等量异种点电荷的电场线的比较 比较项目等量同种点电荷等量异种点电荷电场线分布图 连线中点O处的场强为零连线上O点场强最小，指向负 电荷一方 连线上的场强大小(从左到 右) 沿连线先变小，再变大沿连线先变小，再变大中垂线上的场强大小O点最小，向外先变大后变小O点最大，向外逐渐减小 关于O点对称的A与A′、B 与B′的场强 等大反向等大同向 例1 两个带等量正电荷的点电荷的电场中，O点为两电荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一个电子，如图所示，关于电子的运动，下列说法正确的是( ) A．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越大，速度越来越大 B．电子在从a向O运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大 C．电子运动到O时，加速度为零，速度最大 D．电子通过O后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到速度为零 [规范解答]带等量正电荷的两点电荷连线的中垂线上，中点O处的场强为零，从中点沿中垂线向上或向下场强先变大，达到一个最大值后，再逐渐减小到零。a点与最大场强点的位置关系不能确定，当a点在最大场强点的上方时，电子在从a点向O点运动的过程中，加速度先增大后减小；当a点在最大场强点的下方时，电子在从a点向O点运动的过程中，加速度一直减小，故A、B错误。不论a点的位置如何，电子在向O点运动的过程中，都在做加速运动，所以电子的速度一直增加，当到达O点时，加速度为零，速度达到最大值，C正 确。通过O点后，电子的运动方向与场强的方向相同，与所受静电力方向相反，故电子做减速运动，当电子运动到a点关于O点对称的b点时，电子的速度为零；同样因b点与最大场强点的位置关系不能确定，故加速度大小的变化不能确定，D错误。 [完美答案] C 求解等量同种或异种点电荷场强相关问题的注意事项 (1)结合电场线的分布熟记电场强度的变化。 (2)利用对称性分析有关问题。 (3)结合牛顿第二定律分析有关运动问题。 [变式训练1] 如图所示，将电荷量分别为＋Q和－Q的两点电荷分别固定在同一水平面上的a、b两点处，c是线段ab的中点，d是ac的中点，e是ab的垂直平分线上的一点，将一个正点电荷先后放在d、c、e点，它所受的静电力分别为F d、F c、F e，则下列说法正确的是( ) A．F d、F c、F e的方向都是水平向右 B．F d、F c的方向水平向右，F e的方向竖直向上 C．F d、F e的方向水平向右，F c＝0 D．F d、F c、F e的大小都相等 答案 A 解析等量异种点电荷的电场的分布特点如图所示，从图中可知，d、c、e三点的场强方向都水平向右，所以正电荷在这三点受到的静电力的方向都水平向右，故A正确，B、C错误；从图中可看到d点的电场线最密，e点的电场线最疏，所以正电荷在三点受到的静电力大小不相等，故D错误。 课题任务电场线与带电粒子轨迹的综合分析 1．物体做曲线运动的特点：合力指向轨迹曲线的内侧，速度方向沿轨迹的切线方向。2024版高中同步新教材必修第三册(人教版)物理 第九章 静电场及其应用 1电荷
新教材高中物理第9章静电场及其应用专题1电场的力的性质导学案新人教版必修第三册
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