第七节“静电现象的应用”教案
教材分析
本节教材是电场知识的应用。静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点及导体上电荷的分布情况是本节的重点。教学中要重视两方面的处理：一是重视推理的过程，教学中务必使学生清楚地知道推理过程，这样才能做到不仅知道结论，而且知道这个结论是怎样得来的，以加深理解；二是重视实验和动画演示，使学生在理论和实际的结合中理解知识。
对静电屏蔽的讲解，同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识。在使学生理解把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验，让学生清楚地看到静电屏蔽现象。
学情分析
学生已经学习了电场的基本知识，了解了电场的力的性质和能的性质，具备了学习本节内容的知识基础。同时学生在日常生活中也了解一些关于静电现象应用的实例。但由于本节内容较抽象，学生的感性认识较少，一些结论也较难理解，学生对静电现象的认识往往只停留在表面，会给本节内容的学习带来一定的影响。
设计思路
《静电现象的应用》是本章的难点内容，概念规律非常抽象。学生只有在老师的指导下参与探究全过程，才能深刻理解电平衡状态下导体的特点、规律。克服思维定势的负迁移和主观臆断的不良倾向，培养学生认真严谨的科学探究品质。
本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论，积极参与，体验探索自然规律的艰辛和喜悦。培养学生学习物理的兴趣。这也是新课改的重要内容。
本节教学设计的过程为：首先学生活动，对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论；然后学生归纳，教师总结得出静电平衡状态下导体的特点。最后通过例题巩固加深理解。
三维目标
知识与技能
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．知道尖端放电、静电屏蔽及其应用。
过程与方法
1．培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力；
2．掌握分析和综合等思维方法。
情感态度与价值观
1．使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义；
2．渗透具体问题具体分析的方法。
教学重点
静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点。
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。视频资料，多媒体设备。
教学过程
［新课导入］
问题：什么是静电感应现象？
将不带电的导体靠近带电体时，导体上就带电了，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，这种现象叫做静电感应现象。
问题：静电感应现象的实质是什么？
静电感应现象的实质是在电场力的作用下电荷的重新分布。
问题：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？
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。
［新课教学］
一、静电平衡状态下导体的电场
1．静电平衡状态
（1）静电平衡
问题：为什么会产生静电感应现象呢？
分析：导体的特征是在它的内部有大量的自由电荷，对金属导体来说，是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成的。将一不带电导体靠近带电体时，导体即处于带电体所形成的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体一侧集聚负电荷，而导体另一侧则集聚等量的正电荷。
问题：不带电导体上的自由电子还没来得及运动的瞬间，导体内的电场强度为零吗？
结论：不为零。正因为有场强，才导致自由电子定向移动而使导体带电。
问题：自由电子移动的结果，对导体中的电场强度有何影响？
分析：导体上自由电子移动的结果，使导体一端带上负电，另一端带上正电。此时，导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了，而是有场源带电体产生的电场E 和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场E ′，E 与E ′方向相反，叠加后使导体内的电场强度减弱。只要导体中的电场强度不为零，导体中的自由电子就会受电场力作用而定向移动，使E ′增强，导致E 与E ′的合电场再减弱，如图乙。直到导体内部各点的合场强都等于零时为止，这时导体内的自由电子不再受电场力，不再做定向移动，如图丙。
当导体中的电荷静止不动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。
（2）静电平衡状态
导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。
(用多媒体模拟静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过程)
（3）静电平衡的条件
问题：通过以上分析，处于静电平衡状态的导体，其内部场强有何特点？
处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。
内部的场强指源电场与感应电荷电场的合场强。 【巩固练习】
长为L 的导体棒原来不带电，现将一电荷量为＋q 的点电荷放在与棒的左端距离为R 的地方，如图所示，达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O 处产生的场强有多大？方向如何？
解析：导体棒达静电平衡后，O 点处合场强为零，则E 感＝E 源＝2
(/2)q k R L +，E 感方向与E 源方向相反，即指向点电荷＋q 。
（4）静电平衡导体的特点
从静电平衡的条件出发可以得到如下的几点推论：
①处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。
用反证法分析：如果表面上某一点的场强方向与该点的表面不垂直，该点的场强应有沿表面的切向分量，就会使导体表面的电荷发生宏观的定向移动，这与静电平衡是矛盾的，故处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。
②处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
根据电势差与电场强度的关系可知，若场强处处为零，则任意两点间的电势差为零，也就是导体上各点的电势都相等。
地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以把大地选做零电势体的一个原因。
二、导体上电荷的分布
一个导体，不论原来是不是带电，放入电场中以后，都会由于静电感应而在导体的不同部位出现不同电荷。那么，在静电平衡状态下，导体上的电荷怎样分布呢？
【演示】
研究静电平衡时导体内部的电荷
如图所示，取两个验电器A 和B ，在B 上装一个几乎封闭的空心金属筒C （历史上把它叫做法拉第圆筒），使B 和C 带电，A 不带电。
D 是带有绝缘柄的金属小球。使D 跟C 的外部接触，再让D 跟A 的的金属球接触；这样操作若干次，观察A 的箔片的变化（图甲）。
（发现A 的箔片渐渐张开，说明C 的外表面上有电荷。）
重复上述操作，不过这一次让D 在C 的内表面与A 之间反复接触，观察A 的箔片的变化（图乙）。 （发现A 的箔片始终闭合，说明C 的内表面不带电。）
金属筒C 的开口很小，其内表面可以认为就是导体的内部。通过这个实验，关于导体内部与外表面的电荷分布，你能得出什么结论？
（处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体的外表面上。）
（观看用移电球检验带电体电荷分布在外表面的视频资料）
静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点。
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。
这是因为，假如导体内部有电荷，导体内部的场强就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态。
（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，凹陷的位置几乎没有电荷。
关于这一点不妨设想一个极端的例子：一枚缝衣针，带电后由于同种电荷相互推斥，电荷自然就要被“挤”到针的两端。
三、尖端放电
1．空气的电离
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”，也就是使分子中的正负电荷分离。这种现象叫做空气的电离。
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。
2．尖端放电
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫做尖端放电。
在强电场作用下，物体尖端部分发生的一种放电现象称为尖端放电。
他属于一种电晕放电。他的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电。
如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尺可能光滑。
（观看尖端放电现象的视频资料）
3．尖端放电的应用──避雷针
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，它是一个或几个尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触，当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。
雷电的实质是两个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。
（观看避雷针的视频资料）
四、静电屏蔽
1．静电屏蔽
（1）空腔导体的特点
我们讨论带空腔的导体。静电平衡时导体壳壁W内的场强为零，
内表面又没有电荷，即电场线只能在空腔C之外，不会进入空腔之
内。所以导体壳内空腔里的场强也处处为零。也就是说，无论导体
外部电场是什么样的，电场都不会深入导体内部。
空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响。
（2）静电屏蔽
把一个电学仪器放在封闭的金属壳内，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，外电场对壳内的仪器也不会产生影响。金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。
导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱。
【演示】
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。
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。
（用动画模拟静电屏蔽并观看视频资料）
2．静电屏蔽的应用
静电屏蔽是电场中的导体达到静电平衡时，其内部场强为零的理论的直接应用。根据静电屏蔽，就应该知道小鸟为什么能在带电的金属鸟笼为“安然无恙”的道理了。
静电屏蔽的应用有：电学仪器和电子设备外面套有金属罩，通讯电缆外包一层铅皮等，高压带电作业人员穿金属网衣。
【巩固练习】
1．回答下列问题：①两导体B 与C 接触后，B 与带正电的A 靠近放置，由于静电感应，B 上带负电，C 上带正电。此时若用手摸一下导体C ，什么电流过人身而入地？
②若不用手摸C ，而是摸一下B ，问什么电荷通过人体而入地？
答：当手摸C 时，导体B 、C 、人体、地球就组成一个导体，此导体处于A 的电场中，由于静电感应，靠近A 的一端带负电，而远离A 的一端──地球带正电.所以C 上的正电荷入地。当手摸B 时，情况同上，仍是正电荷入地。
2．在演示的实验装置中，怎样才能使已带电的金属小球D 上的电荷全部传给法拉第圆筒C 呢？ 答：只需将D 与C 筒的内壁接触一下即可。因为当D 与C 的内壁接触时，D 变为筒的内壁的一部分，当C 与D 组成的整个导体达到静电平衡时，导体内部不可能有电荷，所以D 上的电荷全部移到导体外表面上。
［小结］
通过本节课的学习，主要学了以下几个问题：
1．静电平衡状态下导体的电场：
学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零。
学习了静电平衡导体的特点：①处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟
该点的表面垂直。②处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
2．导体上电荷的分布
（1）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，电荷的密度越大。
3．尖端放电
了解了尖端放电现象及其应用。
4．静电屏蔽
了解了静电屏蔽现象及其应用。
［布置作业］
阅读教材第27页的科学漫步：雷火炼殿。
教材第28页“问题与练习”。
请同学们课后了解静电现象的其它应用：如静电复印、静电除尘、静电分选、静电喷涂等。
板书设计
7．静电现象的应用
一、静电平衡状态下导体的电场
1．静电平衡状态
（1）静电平衡
当导体中的电荷静止不动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。
（2）静电平衡状态
导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。
（3）静电平衡的条件
处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。
（4）静电平衡导体的特点
①处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。
②处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
二、导体上电荷的分布
（1）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（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
三、尖端放电
1．空气的电离
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。
2．尖端放电
在强电场作用下，物体尖端部分发生的一种放电现象称为尖端放电。
3．尖端放电的应用──避雷针
四、静电屏蔽
1．静电屏蔽
（1）空腔导体的特点
空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响。
（2）静电屏蔽
导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
2．静电屏蔽的应用
静电感应的应用 老师：同学们，在上新课之前老师想打一个电话。哎，怎么是你所拨打的电话无法接通呢？怎么回事？诶，你的手机呢？被人藏在茶叶罐里了。现在我在打一个看看，哦，拨通了。很奇怪，前面它躲到茶叶罐里，为什么就接收不到信号了呢？大家带着这个疑问，学习本节课的内容——静电感应的应用。 老师：同学们，请回忆一下金属导体的微观结构是怎样的？ 学生：自由电子做杂乱无章的运动，正电荷在它的平衡位置的作来回振动。 老师：嗯，回答得很好。那现在如果外加一个电场，导体中的自由电子会怎样会动呢？ 学生：逆着电场线的方向运动。 老师：那电子会在哪些地方聚集呢？ 学生：在导体的两端堆积。 老师：电子的聚集会出现一个怎样的结果呢？ 学生：内部场强减弱。 老师：嗯。很好，由于静电感应的作用，在导体两端产生的感应电荷，那么感应电荷也会产生一个电场，与外电场方向相反，从而削弱导体内部的电场。同学们，最后会出现什么现象呢？ 学生：内部电场为零。
老师：很好。为什么内部电场会为零呢？想一想，如果导体内部电场不为零，那么电子还会因为受到电场力的作用而继续运动，所以我们知道最后出现的结果是导体内部电场为零。像这样的导体内部的自由电子不再发生定向移动的状态叫做静电平衡状态。同学们，注意，我们导出静电平衡是加外电场的情况下，但是有一带电体在没有外电场的情况下，最后自由电子也没有发生运动，那么我们也称这个状态叫做静电平衡状态。所以在这里我们要抓住静电平衡的本质，本质就是到体内合场强为零。那么静电平衡有哪些特点呢？ 静电平衡的本质是什么？导体内电场为零，所以我们得出了静电平衡的第一个特点。那么同学们，我们假想有一个电荷，它从到体内的一点移到另一点，请问电场力做功了么？ 学生：没有。 老师：为什么呢？是不是导体内部没有电场，那么也就没有电场力的作用，所以电场力做功为零，说明电势能没有改变，也就说明整个导体是一个等势体。同样的，如果在导体表面移动一电荷，那么是不是说明了导体表面是一个等势面。那么，我们就得到了静电平衡的第二个特点：处于静电平衡的导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。同学们，在之前，我们学过，电场线与等势面有什么关系？ 学生：电场线与等势面垂直。 老师：对，导体表面是一个等势面，并且电场线与等势面垂直，所以导体表面的电场就垂直于导体的表面。这是导体处于静电平衡状下电场的三个特点。导体在静电平衡时电场的特点没有应用呢？假如我们
物理总复习： 静电感应 电容器 编稿：xx 审稿：xx 【考纲要求】 1、知道静电感应现象； 2、知道什么是电容器以及常用的电容器； 3、理解电容器的概念及其定义，并能进行相关的计算； 4、知道平行板电容器与哪些因素有关及4S C kd επ=。 【考点梳理】 考点一、静电平衡 1、静电平衡状态 （1）静电平衡状态的定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定 向移动时，我们说导体达到了静电平衡状态。 （2）静电平衡状态出现的原因是：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应 电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动。（导体 内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着） 2、静电平衡状态的特点 要点诠释： （1）处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。 导体内部的场强E 是外电场E 0和感应电荷产生的场E /的叠加，即E 是E 0 和E '的矢量和。当导体处于静电平衡状态时，必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反，即：E 0 =－E '。 （2）处于静电平衡状态的导体，其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直。 如果导体表面的场强不与导体表面垂直，必定存在着一个切向分量，这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动，那么，导体所处的状态就不是平衡状态，与给定的平衡状态相矛盾，所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直。 （3）达到静电平衡状态下的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。 由上面的思考题知道，无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷，电场力都不做功，这就说明了导体上任何两处电势差为零，即整个导体处处等势。 （4）静电平衡状态导体上的电荷分布特点： ①导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面 ②导体表面越尖锐的地方电荷密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷。 3、静电屏蔽及其应用 要点诠释： （1）静电屏蔽：将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来，以防止外电场对它的影响，金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽。 （2）实验及解释：如图甲所示，使带电的导体接近验电器，静电感应使得验电器的金箔张开。若用一个金属网将验电器罩住，再使带电金属球靠近，验电器的金箔不会张开，如图乙所示，即使用导线把验电器和金属网连接，箔片也不张开。可见金属网可以把外电场遮住——由于静电感应使金属网内部场强为0，使内部不受外电场的影响。
静电现象的应用 知识点一：静电平衡的特点 (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)静电平衡状态导体的特征 ①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零． （即：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 .） ②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直． ③静电平衡状态下的导体是个等势体，表面是等势面 ④处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上． 题型一：对静电平衡的理解 练习1．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(D ) A ．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B ．导体内部和外表面处的电场均为零 C ．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D ．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果 题型二： 感应电荷产生的场强的计算 求解此类问题时应当明确以下两点： (1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，其实质是合场强为零． (2)比较感应电荷产生的附加电场的大小、方向时，应以产生外加电场的电荷为研究对象． 练习2:长为l 的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q 的点电荷放在距棒左端R 处，如图1－7－ 3所示．当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点处产生的电场 强度大小等于________，方向 ________. 【答案】 kq R ＋ L 2 2 向 左 练习3:.图中接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电荷量为Q ，到球心的距离为r 。静电平衡后感应电荷在球心处产生的电场强度大小为( D ) A ．k －k B ．k ＋ C ．0 D ．k 题型三：感应电场电场线的确定 练习4．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q 的点电荷放在盒左边附 近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子 内部产生的电场分布情况正确的是( ) 【答案】 C 题型四：静电平衡的导体的电势分布
7．静电现象的应用 教材分析 本节教材是电场知识的应用。静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点及导体上电荷的分布情况是本节的重点。教学中要重视两方面的处理：一是重视推理的过程，教学中务必使学生清楚地知道推理过程，这样才能做到不仅知道结论，而且知道这个结论是怎样得来的，以加深理解；二是重视实验和动画演示，使学生在理论和实际的结合中理解知识。 对静电屏蔽的讲解，同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识。在使学生理解把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验，让学生清楚地看到静电屏蔽现象。 学情分析 学生已经学习了电场的基本知识，了解了电场的力的性质和能的性质，具备了学习本节内容的知识基础。同时学生在日常生活中也了解一些关于静电现象应用的实例。但由于本节内容较抽象，学生的感性认识较少，一些结论也较难理解，学生对静电现象的认识往往只停留在表面，会给本节内容的学习带来一定的影响。 设计思路 《静电现象的应用》是本章的难点内容，概念规律非常抽象。学生只有在老师的指导下参与探究全过程，才能深刻理解电平衡状态下导体的特点、规律。克服思维定势的负迁移和主观臆断的不良倾向，培养学生认真严谨的科学探究品质。 本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论，积极参与，体验探索自然规律的艰辛和喜悦。培养学生学习物理的兴趣。这也是新课改的重要内容。 本节教学设计的过程为：首先学生活动，对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论；然后学生归纳，教师总结得出静电平衡状态下导体的特点。最后通过例题巩固加深理解。 三维目标 知识与技能 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．知道尖端放电、静电屏蔽及其应用。 过程与方法 1．培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力； 2．掌握分析和综合等思维方法。 情感态度与价值观 1．使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义； 2．渗透具体问题具体分析的方法。 教学重点 静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点。 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。视频资料，多媒体设备。 教学过程
精品文档 静电感应专题复习 1、如图1所示，面积足够大的、板间距离为 d 的两平行金属板竖直放置，与直流电压为 U 的电源连接，板间放一半 径为R （ 2R v d ）的绝缘金属球壳， C D 是球壳水平直径上的两点，则以下说法正确的是 A. 由于静电感应，球壳上 C 、D 两点电势差为 一 d B. 由于静电感应，球壳中心 0点场强为零 C ?用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带正电 D ?用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带负电 答案.BD 2 ?如图所示为一空腔球形导体 （不带电），现将一个带正电荷的小金属球 电平衡时，图中a 、b 、c 三点的场强E 和电势$的关系是 A ? E a > E b > E c , 4a >4b >O c C ? E a = E b = E c , $a = 4>b = 4>c B ? E a = E b > E c ,
第七节静电现象的应用 【知识要点】 要点一处理静电平衡的“观点” 1．远近观 “远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．2．整体观 “整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况． 要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？ 1．两种情况 (1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示． (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示． 图1－7－2 2．实现过程 (1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽． (2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用． 3．本质：静电感应与静电平衡. 【例题分析】 一、静电平衡下的导体 【例1】如图所示， 图1－7－一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空 间P点产生的电场强度的大小为E A.在A球球心与P点连线上 有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为E B.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()
A．E B B．E A＋E B C．|E A－E B| D．以上说法都不对 答案 D 解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为E A，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强E A′不等于E A.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为E B，当点电荷与导体球A 同时存在时，P点的场强应由E A′与E B叠加而成，而不是由E A与E B叠加，这样就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的． 二、静电平衡 【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属 图1－7－4 空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C 靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有() A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 答案 B 解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变． 【对点练习】 1.下列措施中，属于防止静电危害的是()
静电感应专题复习 1、如图1所示，面积足够大的、板间距离为d 的两平行金属板竖直放置，与直流电压为U 的电源连接，板间放一半径为R （2R ＜d ）的绝缘金属球壳，C 、D 是球壳水平直 径上的两点，则以下说法正确的是 A.由于静电感应，球壳上C 、D 两点电势差为d RU B.由于静电感应，球壳中心O 点场强为零 C.用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带正电 D.用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带负电 2 A ．E a ＞E b ＞C ．E a ＝E b ＝解析 定a 故φa ＞φb ＞φ3、如图8－荷，则以下说法正确的是：A ．闭合K 1C ．闭合K 1【解答】在1，K 2中的K 1还是K 24、A C 【解析】空腔 B 影响，这种现象也是静电屏蔽．接地的空腔导体或金属网罩可以使其外部不受内部带电体电场的影 响．正确选项为D ． 5、如图所示，带电体Q 靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷．在静电平衡后，下列物理量中等于零的是 ( )． A ．导体空腔内任意点的场强 B ．导体空腔内任意点的电势 C ．导体外表面的电荷量 D ．导体空腔内表面的电荷量 解析 静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项A 、D 正确．由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项B 正确．导体外表面受带电体Q 的影响，所带电荷量不为零，故选项C 不正确．答案 ABD 6．如图所示，P 是一个带电体，N 是一个不带电的金属空腔，在下列情况中，放在绝缘板上的小纸屑(图中S )不会被吸引的是( )． 解析 小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但内部的极性分子也会在电场力 图1
静电感应、静电平衡与静电屏蔽 1、什么叫静电感应金属导体中存在着大量的自由电子，在一般情况下，自由电子均匀分布在导体内部，导体不显出任何带电现象．若把导体放入电场中，导体内的自由电子受到电场力的作用，要向着和电场相反的方向移动．例如，把一导体B放 入带正电的导体A所激发的电场中，导体B中的自由电 子就会从左向右运动，自由电子定向运动的结果，使导 体B的左端电子逐渐减少，因而显出带正电；同时，导 体B的右端电子逐渐增多，因而显出带有等量的负电（由电量守恒知）如图所示． 这种导体内的正、负电荷因受外电场作用而重新分布的现象叫做“静电感应”．静电感应过程中出现的电荷称为“感应电荷”，如图所示的q与就是感应电荷．若导体B原来不带电，则两端的感应电荷绝对值相等；若原来带电，则两端电量的代数和应与导体B原带电量相同．有时也把导体A上所带的电荷Q称作施感电荷，而把导体B上的感应电荷称作被感电荷．根据电力线性质可以证明，在静电感应现象中，导体B右端的感应负电荷绝对值小于等于施感电荷Q．一般情况下，导体B任一端的被感电荷绝对值并不等于施感电荷绝对值，只有当被感导体B把施感导体A全部封闭时，被感导体上的被感电荷绝对值才与施感电荷绝对值相等．如图所示，施感导体A处在金属球壳这个被感导体B中，理论上可证明． 静电感应现象给我们提供了一种起电方法．把被感导体B做成一个可分可合的导体组，然后放入施感导体的电场中，如图所示．待被感导体B由于静电感应在左、右两端出现等量异号电荷后，我们再把它分开，如图所示．这样便可使分开的两部分都带上电，从而达到起电的目的．摩擦起电大家都很熟悉，而且清楚地知道摩擦起电所得到的电能是由摩擦时所作的功转化而来．所以，它仍是遵循能量守恒与转化定律的．这里由静电感应的方法起电的电能似乎没有什么来由，其实不然．当我们把被感导体B 一分为二时，一定要施感导体存在，这样，当我们分开被感导体的左、右两部分时，就一定要克服与q之间的静电引力而作功．最后，由此法得到的电能就是由此功转化而来的，放利用“静电感应法”起电还是遵循能量转化与守恒定律的． 2、什么叫静电平衡当一带电系统（可以是一个带电导体）中的电荷静止不动，从而电场分布不随时间变化时，我们就说该带电系统达到了静电平衡．如考虑到电荷要作热运动，那我们可换一说法：导体中（包括表面）没有电荷作走向运动的状态叫做导体的静电平衡状态．导体的特点是其体内存有大量自由电子，它们在电场作用下可以移动，从而改变电荷分布；反过来，电荷分布的改变又会影响到电场分布（前节施感导体上的电荷Q之所以偏聚左端就是考虑到这种影响）．由此可见，电场中有导体存在时，电荷分布和电场的分布将互相影响、互相制约，并不是电荷和电场的任何一种分布都是静电平衡分布．必须满足一定的条件，导体才能达到静电平衡分布．导体的静电平衡条件是导体内场强处处为零．关于这个平衡条件，根据导体静电平衡的定义利用反证法极易论证．上面的论述我们并未涉及导体从非静电平衡趋于静电平衡的过程．这种过程事实上是相当复杂的，但也是短促的．下面我们仅举一个例子作定性的说明．如图（a）所示，把一个原先不带电的导体放在电场中．在
课题7 静电现象的应用 学习目标： 1．知道静电感应现象以及、静电平衡状态以及静电平衡的条件。 2．知道处于静电平衡的导体的特点。 3．知道尖端放电现象以及静电屏蔽现象及其应用。 活动方案： 活动一：回顾前面学过的静电感应现象，研究静电平衡状态下导体的电场。阅读课本相关内容，回答以下问题： 1．静电感应现象： 2．导体置于电场中时，自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，自由电荷会一直运动吗？ 3．静电平衡状态：导体中（包括表面）不再发生定向移动的状态叫做。4．处于静电平衡状态下导体的特点： ⑴处于静电平衡状态的导体，其内部场强； ⑵处于静电平衡状态的整个导体是个，它的表面是个。 ⑶电场线导体表面（因为电场线垂直于等势面）。 5．完成课本28页的第1题。 活动二：通过实验演示，归纳导体内部与外表面上电荷的分布规律： 静电平衡时，导体上电荷分布的特点： ⑴导体内部电荷，电荷只分布在导体的。 ⑵在导体的表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的），凹陷 的位置几乎电荷。 活动三：利用生活中的事例，了解尖端放电和静电屏蔽的用途与危害： 阅读课本“尖端放电”“静电屏蔽”部分，完成下列内容。 1．空气的电离：空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷的现象。 2．尖端放电：那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷，这相对于导体从尖端电荷，这个现象叫做尖端放电。 3．静电屏蔽：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为，外电场对壳内的仪器也不会产生，金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。 4．超高压带电作业的工作人员穿戴的工作服，为什么要用包含金属丝的织物制成？ 课堂反馈： 1．金属导体在电场中处于静电平衡时，其内部的自由电子将( ) A．都被原子束缚B．都集中在导体两端 C．都停止运动D．都停止定向移动 2．一个带电金属球，当它带的电量增加后(稳定)，其内部场强( ) A．一定增强B．一定减弱 C．可能增强也可能减弱D．不变
1 静电感应与导体接地 将导体置于带电体附近，在导体表面的不同位置将会出现正、负感应电荷，当这种静电感应发生并达到静电平衡时，由于感应电荷在导体内部任意 一点处产生的电场抵消了此处施感电荷的电场，便给出了内部场强为零，整个导体是等势体的结论。导体接地可以说是一种导体与大地共同发生的静电感应现象，在接地前后导体表面电荷的数量及分布情况发生了变化，将影响其附近电场线及等势面的地域分布，从而使周围空间各点的场强和电势发生改变。 -1。.1枕形导体的接地 将原来不带电的枕珙导体B 置于带电荷量＋Q 的带电体A 附近，在B 的远端和近端将分别感应出等量正负电荷。（图1－甲）画出了此时电场线的分布情况，在导体B 近端由于负电荷报吸收的电场线只能来自施感电荷，因此A B ??>；而从B 远端出发的电场线既然不可能被其近端的负电荷所吸收（这就与B 为等势体的说法矛盾），便只能终止于无穷远处，所以是0A B ???∞>>=。另外，由A 出发的电场线只能部分被B 吸收还表 明枕形导体两端感应电荷量，均小于施感电荷量Q 。 现在如果将导体B 接地，在远端接地时自然是由大地提供的自由电子中和远端的正电荷；而对于近端接地，一种说法认定被中和掉的将是近端的负电荷（理由是大地中的自由电子因被B 左端负感应电荷所斥，无法实现与正电荷中和），然而非如此。可以设想，若近端负感应电荷被中和，在施感电荷和远端感应电荷均带正电条件下，它们在导体内部的电势标量叠加，怎么可能得到导体电势与大地零电势相等的结果呢？因此这里被中和掉的同样还应是远端的正电荷。这是由于接地前的导体B 作为等势体，其电势高于在地的零电势，且无论哪一端接地，在接地前其与大地零电势不等和情况是一样的。因此接地过程必然是由大地提供的自由电子在电场力作用下，向电势较高导体B 运动，以中和B 远端的正电荷，而且只要B 远端沿尚存在末被中和的正电荷，此处就会继续发出终止于无穷远处的电场线，说明其电势仍高于大地，这将继续吸引在地中的自由电子向B 运动，直到导体B 中的正电荷 甲 乙 图1
静电感应与静电屏蔽
7-4 静电感应与静电屏蔽 一、静电感应现象下金属导体的三种情况 1实心导体：在静电平衡时，导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面 2有空腔但空腔不带电导体：静电平衡时，空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上（内表面无电荷） 3有空腔且空腔带电导体：当空腔内有电荷时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷，外表面有感应电荷（电荷守恒） 带电导体尖端附近电场最强 二、导体表面电荷分布规律与场强大小 1、处于静电平衡时，导体表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比，表述如下（σ是电荷面 密度）： 2、导体表面电荷与场强分布规律是：σ增大，E增大；σ减小，E减小。 注意： 1、这个电场强度E指的是某一点的场强，但是是由整个导体产生的，而不是导体上某一小块的面积S 产生的 2、E表示的是导体表面附近的场强
得到σ反比于 三、静电屏蔽 ①屏蔽导体外电场 1）解释：导体放入电场中，产生静电感应，感应电荷分布在导体表面，导体内和空腔中的E处处为0，故可用空腔来屏蔽外电场，使腔内的物体不受外电场的影响。 2）引申：空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等 ②屏蔽导体腔内电场 球壳接地，球壳外表面不带电，球壳外层内表面带同号电荷，导体实心部分没有电场强度。 ③接地问题 1、外球接地后的电势为0.原来分布在外球外表面的电荷由于接地而被中和，因此外表面无电荷分布，外球内表面仍分布有-Q A,所以外球带电量为-Q A。由于接地后已处于静电平衡状态，外球与接地线上都没有电荷作宏观的定向移动，因此剪断接地线重新将外球与地绝缘，不会影响外球的带电量-Q A和电势0。 2、以第二小点的图为例，在外球带电-QA并与地绝缘的情况下，把内球接地，则VA=0.同时内球的带电量变为qA，因静电感应，外球的电荷-QA将重新分布，静电平衡时，外球内表面分布有-qA，外球外表面分布有-QA+qA(电势的叠加原理)
以实验演示为主线，以问题教学引导学生探究 ──《静电现象的应用》教学设计 浙江湖州练市中学高银忠 ◆设计思想 静电感应是电学内容的一个难点，在静电感应过程中，电荷如何移动，达到静电平衡状态时，正、负电荷如何分布，这些都是学生难以掌握的。对于静电场中的导体达到静电平衡状态时，导体内部场强处处为零，带电导体上的净电荷只分布在导体的外表面上，学生往往把它们当作结论硬性记下来，如何用它来分析问题、解决问题则不知所措。通过采取常规演示实验和计算机模拟教学相结合，教师指导教学与学生训练、练习等多种教学方式共存的有效办法，可以实现课堂教学创新，提高课堂教学效率和教学效果。 ◆教材分析 《静电现象的应用》是人教版高中物理选修3-1第一章《静电场》第7节的内容，根据《学科教学指导意见》和《课程标准》的要求，将此节的授课课时安排为一个课时。 本节的主要概念是静电平衡，掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征是本节的重点，应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象是本节的难点。做好演示实验是这堂课的关键。 金属导体放在电场中，达到静电平衡状态是一个非常快的过程，但是对这一过程的分析却十分重要。一定要带领学生共同参与讨论这一过程，使他们明白自由电荷不再定向移动的条件。这样做不仅突出重点，也为突破难点打下基础。 带电导体的电荷分布的两个特点对于学生来说是十分深奥的问题，必须通过实验才能加深认识。静电屏蔽现象以及静电屏蔽的应用都必须做好演示实验。 ◆学情分析 本节教学中，学生在静电场中的导体达到静电平衡状态、静电屏蔽的概念、电荷在导体表面的分布等现象的学习中，往往把它们当作结论硬性记下来，而不会用来分析问题、解决问题，这种死记硬背的方式不可取。其实通过前面内容的学习，学生已具备从理论角度分析本节课中出现的现象的能力，只要教师做好演示实验，并对学生阶梯式的引导，然后结合相应的现象分析，学生肯定能接受。 ◆三维教学目标设计 1．知识与技能教学目标 （1）知道导体的特征。 （2）理解导体的静电感应过程。
静电现象的应用说课稿 Final revision on November 26, 2020
《静电现象的应用》说课稿 一、说教材及教学理念 《静电现象的应用》是高中新课程实验教材人教版（选修3--1）第一章第7节的内容，是对静电感应的深入研究和具体应用。本节是这一章的难点，内容抽象、深奥，在生产生活中的涉及面广。上好本堂课就显得比较困难，上好本节课的关键是做好静电实验，而静电实验的成功率低，所以一旦实验失败便需要引导学生分析原因，同时我也准备了实验的实录，播放录像同样具有说服力。根据对教材的理解和课标的要求，我从以下三个维度制定了教学目标 二、说教学目标 ㈠知识与技能方面 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，内部场强处处为零,导体是个等势体，表面是个等势面，以及导体上电荷的分布情况。 3．知道尖端放电及其应用，知道静电屏蔽及其应用。 ㈡过程与方法方面 通过科学猜想、理论推导、实验验证的过程，教会学生学习物理的一般方法。 ㈢情感态度与价值观方面 通过生产生活中静电现象的分析，让学生体会物理学给人类带来的便利，进而培养学生学习物理的兴趣。 三、说教学的重点和难点 重点：掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特征是本节的重点 突出重点的方法：因为内容抽象，难度大，所以采用教师问题质疑，学生的讨论、教师的总结的方法以达到突出重点的目的 难点：理解静电平衡的特征，认识导体的电荷分布特点是本节课的难点。 突破难点的方法：通过理论推导和实验验证相结合的方法以达到突破难点的目的 四、说教法和学法 针对本节课的特点，我主要采用：实验引人，复习开题、目标展示、提出问题、引导分析、分组讨论、理论推导与实验验证相结合的教学方法。为了激发学生学习物理的兴趣，我搜集了视频录像和图片。最后总结，学习目标再现，让学生自评目标达成情况，并进行提问质疑，并把问题抛到课后，做一个开放式的结尾，从而大大调动了学生课后探究的积极性。 五、说教学程序 1、导入新课 利用静电感应实验，复习静电感应现象。提出问题:静电感应的本质是什么？ 启发得出：是电荷的重新分布，那么重新分布的时候靠什么力分开的，重新分布以后导体又具有怎样的特点呢？ 引出新课并展示学习目标。 2、提出问题，引发思考。 3、理论推导，小组活动，归纳总结出，静电平衡状态下导体的特征，其中用反证法和实验验证法。做法拉第圆通实验。 4、师生互动，共同学习尖端放电和静电屏蔽，实验演示和播放视频与图片。 5、归纳总结，再现目标。 对本节课的几点说明
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第七节静电现象的应用 【知识要点】 要点一处理静电平衡的“观点” 1．远近观 “远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．2．整体观 “整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况．要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？ 1．两种情况 (1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示． (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示． 图1－7－2 2．实现过程 (1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽． (2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用． 3．本质：静电感应与静电平衡. 【例题分析】 一、静电平衡下的导体 【例1】如图所示， 图1－7－一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有
它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为( ) A．EB B．EA＋EB C．|EA－EB| D．以上说法都不对 答案 D 解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为EA，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强EA′不等于EA.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的场强应由EA′与EB叠加而成，而不是由EA 与EB叠加，这样就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的． 二、静电平衡 【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属 图1－7－4 空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有( ) A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 答案 B 解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变．
《静电现象的应用》教学设计 教学内容人教版物理选修3-1《静电现象的应用》 教学目标 一、知识与技能 1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态。 2．知道静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且导体内部场强处处为零的特点。 3．静电屏蔽及其应用 4.通过对静电平衡状态下导体内部场强处处为零的推导过程培养学生逻辑推理的能力。 二、过程与方法 借助实物与演示实验，分析静电平衡时导体上的电荷分布和内部场强的特点，从而得到静电保护的方法。 三、情感、态度与价值观 观察生活中的现象，体会生活、生产中的静电现象，培养探索乐趣。 教学重点 1．静电平衡状态下导体的特点。 2．静电屏蔽及其应用。 教学难点 应用静电平衡的知识，理解静电平衡的特征，认识导体的电荷分布特点。 教学方法实验情境教学法 教学过程
（一）实验引入：借用原人教版高中物理第一册课本绪言中“笼外电闪雷鸣，笼内小鸟安然无恙”实验情境引入，设疑激趣。（二）讲解新课： （设问）1.电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有什么的作用？ 2.金属导体的重要特征（导电的原因）是什么？ （答） 1.电场对放入其中的电荷有力的作用。 2.（课件展示说明）金属导体内部有大量的自由移动的电荷（电子）。 （设问）3.如果我们给上边的金属导体加上一个匀强电场，导体会有什么变化呢？ （用多媒体课件展示情境，即课本23页图1.7—1） 思考讨论： 1．导体两端的感应电荷会在空间产生电场吗？ 2．产生电场的方向怎样？ 3．现在空间中有几个电场存在？ 4．感应电荷产生的电场与外电场叠加，使导体内部的电场怎样变化？ 5．内部的电场被减弱了，但自由电子是不是仍然要受到电场力的作用，继续定向移动？
1.7静电现象的应用 【重点难点】 1．静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等是重点。 2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因是难点。 教学过程 静电感应——静电平衡——静电平衡的特点——导体上电荷分布特点——尖端电荷汇聚——尖端放电——避雷针——静电屏蔽——静电屏蔽的应用 一、静电感应 1、演示实验静电感应现象 静电感应现象：在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷，这种现象叫静电感应现象．当外电场撤掉，导体两端电荷又中和，可见静电感应现象中导体上净电荷仍然为零． 将不带电的导体置于电场中时，导体那自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布．重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，该电场与外电场叠加，使导体内部的电场减弱，只要内部场强不为零，导体两面的正负电荷便继续增加，导体的内部电场就会继续削弱，直至导体内部的合场强都等于零的时候为止，这时导体内自由电子不再发生定向移动． 导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态． 总结：①静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态． ②特征：导体内部处处场强为零．在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点． 2、强调：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零．而且处于静电平衡状态的导
体，电荷只能分布在导体外表面上．这是为什么呢？为了验证这一点，可采用反证法，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动． 二、静电现象的应用 1、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。与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方，蜡烛的火焰偏移就是受到这种离子形成的“电风”吹动的结果。 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 2）、闪电防护 雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则． 一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中 二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压”造成伤害．所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，如若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害． 三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶． 四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击． 总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会． 【知识总结】 一、静电平衡状态下导体的电场 1．静电平衡状态 处于电场中的导体内外电场相互叠加，使导体内部电场减弱，直至为零，导体内部自由电子不再发生定向移动的状态． 2．处于静电平衡状态下导体的特点 (1)处于静电平衡状态下的导体，内部场强处处为零．
静电感应起电机 工作原理 当顺时针摇动转轮上的摇柄时，分开的两个小球之间会有电火花产生，同时会听到噼里啪啦的放电声。这就是感应起电机的放电现象。这样的现象是如何产生的呢?下面我们就介绍一下它的原理。 由于在静电序列中铝排在铜之前，所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷，铜丝带负电荷。如图:假设刚摩擦时金属铝片S1带电量为Q1，与其在同一直径上的铝片S2带电量为Q2,Q1与Q2有大小之分。如图: (1) 转过90° (2) 转过45° (3) 转过45° (4) 转过45° (5) 转过45° (6) 转过45° (7)当圆盘转过90°时，S1与反面电刷Bˊ相对，此时S2ˊ、S1ˊ分别与S1、S2相对。假设Q1>Q2，由于S1ˊ与S2ˊ之间有电刷连接，会引起自由电子移动，使得S1ˊ带正电荷，S2ˊ带负电荷。 当圆盘再转过45°时，S1、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处，并在该处放电使E1、E2带正电荷，这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1、C2中。 当圆盘再转过45°即S1转到与正面电刷B相对应时， S1与S1ˊ相对，S2与 S2ˊ相对，刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。S2ˊ带负电使得S2感应带正电，又由于与金属刷上铜丝摩擦也使它带正电，在二者共同作用下S2带上了正电荷;对于S1来说,S1ˊ上的正电荷使其感应带负电荷，由于金属刷的连接作用，S2所带的正电荷会导致电子移动(如图4)使S1带负电，这样，虽然有摩
擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消，因此S1还是带负电荷。 圆盘再转过45°时，S1ˊ与S2ˊ恰好分别转到悬空电刷E2ˊ与E1ˊ处。带正电的S1ˊ在E2ˊ处放电后不再带电，E2ˊ上的负电荷被中和使E2ˊ带正电，这些正电荷被莱顿瓶C2积聚到放电叉T2的放电小球上;带负电的S2ˊ在E1ˊ处放电后也不再带电，且E1ˊ上的正电荷被中和使E1ˊ带负电，这些负电荷被莱顿瓶C1积聚到放电叉T1的放电小球上。 如果圆盘又转过45°， S1又与S2ˊ相遇，S2与S1ˊ相遇，且此时S1﹑S2与反面电刷Bˊ相对，S1ˊ﹑S2ˊ分别在E2、E1处放电后不再带电。此时的电荷变化与过程(4)相似, 因此与S1相对的S2ˊ带正电荷, 与S2相对的S1ˊ带负电荷。 当圆盘再转过45°，此时S1﹑S2恰好分别转到悬空电刷E1﹑E2处。S1在E1 处放电使得负电荷被积聚到放电叉T1的放电小球上，S2在，E2处放电使得正电荷被积聚到放电叉T2的放电小球上。之后转动摇柄，电荷的变化情况将重复过程(3)~(7)，由于两盘的逆向旋转，转至与电极相接的悬空电刷E2、E2ˊ处的金属片将全部带正电，转至与电极相接的悬空电刷E1、E1ˊ处的金属片将全部带负电。莱顿瓶C2感应到放电小球T2上的正电荷会越来越多，而被莱顿瓶C1感应到放电小球T1上的负电荷也会越来越多，当小球聚集一定电荷时，就会产生放电现象。在莱顿瓶盖内放电叉与悬空电刷之间的空气也会被电离，使放电叉与悬空电刷在短时间内相当于一个导体,将事先聚集在莱顿瓶中的电荷大部分中和之后，再一次重复上述过程。 但是，起电机并不是从一开始就可以放电的，因为空气被击穿需要一定的电压，这就需要积聚一定的电荷，而放电叉T1、T2上电荷的积累需要一定时间，所以当起电机长时间不用后要摇动摇柄一定时间后T1、T2间的电压才能达到击穿电压而产生放电现象。 那么，反向转动摇杆时是否也会达到相同的效果呢?回答是否定的，因为反转时虽然起电机原理和正转一样，但由于正反两面的铝片在摩擦起电后都没有再经过另一侧电刷，而是直接在悬空电刷处放电，使两个莱顿瓶带有同种电荷，因此不会放电。