2020屆高中物理 第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用教學(xué)過程一 新人教版選修3-1

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1、第7節(jié)、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 新課教學(xué)過程一 新課教學(xué) 1、靜電平衡狀態(tài) (1)靜電平衡 問題:為什么會產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象呢? 分析:導(dǎo)體的特征是在它的內(nèi)部有大量的自由電荷,對金屬導(dǎo)體來說,是由做熱振動的正離子和在它們之間做無規(guī)則熱運動的自由電子組成的。將一不帶電導(dǎo)體靠近帶電體時,導(dǎo)體即處于帶電體所形成的電場中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下,逆著電場線定向移動,使導(dǎo)體一側(cè)集聚負電荷,而導(dǎo)體另一側(cè)則集聚等量的正電荷。 問題:不帶電導(dǎo)體上的自由電子還沒來得及運動的瞬間,導(dǎo)體內(nèi)的電場強度為零嗎? 結(jié)論:不為零。正因為有場強,才導(dǎo)致自由電子定向移動而使導(dǎo)體帶電。 問題:自由電子移動

2、的結(jié)果,對導(dǎo)體中的電場強度有何影響? 分析:導(dǎo)體上自由電子移動的結(jié)果,使導(dǎo)體一端帶上負電,另一端帶上正電。此時,導(dǎo)體中的電場已不是場源帶電體單獨產(chǎn)生的了,而是有場源帶電體產(chǎn)生的電場E和由導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的正負電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的反方向的電場E′,E與E′方向相反,疊加后使導(dǎo)體內(nèi)的電場強度減弱。只要導(dǎo)體中的電場強度不為零,導(dǎo)體中的自由電子就會受電場力作用而定向移動,使E′增強,導(dǎo)致E與E′的合電場再減弱,如上圖。直到導(dǎo)體內(nèi)部各點的合場強都等于零時為止,這時導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再受電場力,不再做定向移動,如下圖。 當(dāng)導(dǎo)體中的電荷靜止不動,從而場強分布不隨時間變化時,導(dǎo)體就達到了靜電平衡。 (2

3、)靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷的定向移動的狀態(tài),叫做靜電平衡狀態(tài)。 (用多媒體模擬靜電感應(yīng)至最后導(dǎo)體達到靜電平衡狀態(tài)的過程) (3)靜電平衡的條件 問題:通過以上分析,處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部場強有何特點? 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場強處處為零。 內(nèi)部的場強指源電場與感應(yīng)電荷電場的合場強。 思考討論 R L +q O 長為L的導(dǎo)體棒原來不帶電,現(xiàn)將一電荷量為+q的點電荷放在與棒的左端距離為R的地方,如圖,達到靜電平衡后,棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點O處產(chǎn)生的場強有多大?方向如何? 解答:達靜電平衡后,O點處場強為零,則E感=E源=k,E感方向與E源

4、方向相反,即指向點電荷+q。 (4)靜電平衡導(dǎo)體的性質(zhì) 從靜電平衡的條件出發(fā)可以得到如下的幾點推論: ①處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點的場強方向都跟該點的表面垂直。 用反證法分析:如果表面上某一點的場強方向與該點的表面不垂直,該點的場強應(yīng)有沿表面的切向分量,就會使導(dǎo)體表面的電荷發(fā)生宏觀的定向移動,這與靜電平衡是矛盾的,故處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點的場強方向都跟該點的表面垂直。 ②處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。 提問:處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部會不會有電荷? 用反證法分析:處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部如有電荷,則此電荷必然產(chǎn)生電場,

5、因而導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度就不為零,導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子會受電場力而移動,這與靜電平衡是矛盾的,故內(nèi)部不會有電荷。 演示證明: a.取兩個驗電器A和B,在B上裝一個幾乎封閉的金屬圓筒C(叫法拉第圓筒),使C帶電,B的箔片張開,用有絕緣柄的金屬小球D先與C外表面接觸一下,再讓D與A的金屬球接觸一下,如此重復(fù)多次,發(fā)現(xiàn)A的箔片漸漸張開。 結(jié)論:說明C的外表面上有電荷; b.重做上邊實驗,讓D與C的內(nèi)表面接觸一下,再與不帶電的A的金屬球接觸一下,如此反復(fù)多次,發(fā)現(xiàn)A的箔片始終閉合。 結(jié)論:說明C的內(nèi)表面不帶電。 剛才實驗中的C帶電后,屬于一孤立的帶電體,穩(wěn)定后也處于靜電平衡狀態(tài)。 總結(jié):靜電

6、平衡下的導(dǎo)體,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,且由于內(nèi)表面不帶電,故導(dǎo)體殼C內(nèi)無電場,E=0,即靜電平衡下的空腔導(dǎo)體的內(nèi)部場強也處處為零。 2、靜電屏蔽 問題:將驗電器放在帶正電的金屬球A的附近,驗電器上的箔片會張開嗎? 演示:使帶電的金屬球靠近驗電器。 現(xiàn)象:驗電器的箔片張開。 結(jié)論:因為驗電器的金屬桿處于金屬球A的電場中,由于靜電感應(yīng),它的金屬球?qū)ж撾姡牧硪欢拴ぉげ瑢д?,因而兩箔片相斥而張開。 問題:若用金屬網(wǎng)罩將驗電器罩住,驗電器的箔片還會張開嗎? 演示:使帶電的金屬球靠近驗電器,事先用金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住。 現(xiàn)象:驗電器的箔片不張開。 結(jié)論:因為金屬網(wǎng)罩處于A

7、上正電荷產(chǎn)生的電場中,網(wǎng)罩上的電荷將重新分布,最后達到靜電平衡。此時,網(wǎng)罩內(nèi)部的電場強度為零,驗電器上將不帶電,因而箔片合攏。 這表示金屬網(wǎng)罩能把外電場擋住,使罩內(nèi)不受外電場的影響。 (1)靜電屏蔽 導(dǎo)體殼(金屬網(wǎng)罩)能保護它所包圍的區(qū)域,使這個區(qū)域不受外電場的影響,這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。 (2)靜電屏蔽的應(yīng)用 靜電屏蔽是電場中的導(dǎo)體達到靜電平衡時,其內(nèi)部場強為零的理論的直接應(yīng)用。根據(jù)靜電屏蔽,就應(yīng)該知道小鳥為什么能在帶電的金屬鳥籠為“安然無恙”的道理了。 靜電屏蔽的應(yīng)用有:電子儀器外套金屬網(wǎng)罩,通訊電纜外包一層鉛皮等。 鞏固練習(xí) (1)回答下列問題:①兩導(dǎo)體B與C接觸后,B與

8、帶正電的A靠近放置,由于靜電感應(yīng),B上帶負電,C上帶正電。此時若用手摸一下導(dǎo)體C,什么電流過人身而入地? ②若不用手摸C,而是摸一下B,問什么電荷通過人體而入地? 答:當(dāng)手摸C時,導(dǎo)體B、C、人體、地球就組成一個導(dǎo)體,此導(dǎo)體處于A的電場中,由于靜電感應(yīng),靠近A的一端帶負電,而遠離A的一端──地球帶正電.所以C上的正電荷入地。當(dāng)手摸B時,情況同上,仍是正電荷入地。 (2)在演示的實驗裝置中,怎樣才能使已帶電的金屬小球D上的電荷全部傳給法拉第圓筒C呢? 答:只需將D與C筒的內(nèi)壁接觸一下即可。因為當(dāng)D與C的內(nèi)壁接觸時,D變?yōu)橥驳膬?nèi)壁的一部分,當(dāng)C與D組成的整個導(dǎo)體達到靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)部不可

9、能有電荷,所以D上的電荷全部移到導(dǎo)體外表面上。 小 結(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),主要學(xué)了以下幾個問題: 1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象的原因:當(dāng)不帶電導(dǎo)體處于電場中時,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用逆電場線而定向移動,使導(dǎo)體一側(cè)帶負電,而另一側(cè)帶上正電。 2.靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點: ①內(nèi)部場強處處為零。 ②處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點的場強方向都跟該點的表面垂直。 ③電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。 3.靜電屏蔽: 金屬網(wǎng)罩將外電場遮住,而使其內(nèi)部不受外電場的影響,是靜電平衡下的導(dǎo)體其內(nèi)部場強為零的理論的應(yīng)用。 板書設(shè)計: § 1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 1、靜電平衡狀態(tài)

10、 (1)靜電平衡 當(dāng)導(dǎo)體中的電荷靜止不動,從而場強分布不隨時間變化時,導(dǎo)體就達到了靜電平衡。 (2)靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷的定向移動的狀態(tài),叫做靜電平衡狀態(tài)。 (3)靜電平衡的條件 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場強處處為零。 (4)靜電平衡導(dǎo)體的性質(zhì) ①處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點的場強方向都跟該點的表面垂直; ②處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。 2、靜電屏蔽 (1)靜電屏蔽 導(dǎo)體殼(金屬網(wǎng)罩)能保護它所包圍的區(qū)域,使這個區(qū)域不受外電場的影響,這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。 (2)靜電屏蔽的應(yīng)用 電子儀器外套金屬網(wǎng)罩,通訊電纜外包一層鉛皮等。 教學(xué)后記: 靜電平衡狀態(tài)及靜電平衡下的導(dǎo)體的特點是本節(jié)的關(guān)鍵.對這點的教學(xué),教材重視了兩方面的處理:一是重視推理的過程,教學(xué)中務(wù)必使學(xué)生清楚地知道推理過程,這樣才能做到,不僅知道結(jié)論,而且知道這個結(jié)論是怎樣得來的,以加深理解;二是重視實驗,使學(xué)生在理論和實際的結(jié)合中理解知識。 對靜電屏蔽的講解,同樣需要使學(xué)生在理論和實際的結(jié)合中理解知識.在使學(xué)生理解把導(dǎo)體挖空這個推理過程的同時要做好實驗,讓學(xué)生清楚地看到靜電屏蔽現(xiàn)象。

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