新教材人教版（2020年）高中物理必修課第三卷9.4靜電的預防與利用教學設計靜電的預防與利用教學設計專題靜電的預防與利用第九單元學科物理二年級教材分析 本課使用的教材是人民教育出版社出版的高中物理必修三章內容。 本節的主要概念是靜電平衡。 掌握靜電平衡的概念，了解靜電平衡的特點是本節的重點。 應用靜電平衡知識了解導體的電荷分布特性、尖端放電現象、靜電屏蔽現象。 這就是本節的難點。 做好演示實驗是這門課的關鍵。 當金屬導體置于電場中時，達到靜電平衡狀態是一個非?？斓倪^程，但對這個過程的分析非常重要。 一定要引導學生參與這個過程的討論，讓他們了解自由電荷在什么條件下不再定向移動。 這樣做既突出了重點，又為攻堅克難奠定了基礎。 帶電導體的電荷分布的兩個特性對于學生來說是非常深刻的問題，必須通過實驗來加深理解。 必須對靜電屏蔽現象和靜電屏蔽的應用進行論證實驗。 教學目標及核心能力 1. 教學目標1：了解什么是靜電平衡狀態，并能夠描述靜電平衡發生的條件。 了解尖端放電和靜電屏蔽現象及其應用。 2.核心素養物理概念：通過討論導體中自由電荷在靜電場中的運動，體驗建立靜電平衡概念的過程。 科學思維掌握歸納推理和演繹推理的方法，訓練學生的推理能力，親身體驗構建知識的過程。
通過科學探究，通過討論導體中自由電荷在靜電場中的運動，了解靜電平衡的概念以及靜電平衡中導體的特性。 科學態度與責任 通過觀察、實驗、探究等學習活動，培養尊重客觀事實、實事求是的科學態度。 重點掌握靜電平衡的概念，了解靜電平衡的特點和難點。 應用靜電平衡知識，了解導體的電荷分布特性。 尖端放電現象。 靜電屏蔽現象。 教學過程。 教學鏈接。 教師活動。 學生活動。 設計意圖。 引入新課程。 它在我們周圍無處不在。 有靜電。 日常生活中穿衣、脫衣、運動等過程都可能產生靜電。 靜電與我們的生活密不可分。 連接我們周圍的生活經歷可以激發學生的好奇心和探索欲望。 顯示圖片復印機 復印機可以利用靜電吸附來復印數據。 考慮一下圖片。 它是加油站常見的“靜電放電器”。 您知道為什么司機或工人在抬起氣嘴之前必須用手觸摸靜電放電器嗎？ 顯示圖片 靜電釋放裝置“靜電放電器”可以在人體、金屬、大地之間形成一條通路，將人體的靜電轉移到大地，從而消除人體上的靜電并且可以預防火災。 今天我們就來學習一下如何預防和利用靜電。 靜電無處不在，這就引出了本節的主題：靜電的預防與利用。 新課1.靜電平衡 1.靜電感應思考與討論 如果將不帶電的金屬導體ABCD置于電場強度為E0的電場中，導體會發生什么變化？ 金屬導體中自由電子受電場力作用后向左移動的現象。 由于靜電感應，導體AB側平面會感應出負電荷，CD側平面會感應出正電荷。 2、靜電平衡 (1)導體兩側出現正、負感應電荷。 感應電荷在導體內部產生與電場強度E0方向相反的電場，其電場強度為E。
學生思考和回答問題，體驗和分析導體放置在電場中的靜電感應過程，思考和回答問題，體驗和分析導體放置在電場中，從而調動學生的學習熱情，積極參與探索活動。 掌握靜電平衡狀態 (2)感應電荷的電場與外部電場疊加，削弱了導體內部的電場。 在疊加電場的作用下，仍然有自由電子繼續運動，直到導體內部各點的電場強度E0，導體內的自由電子不再定向運動。 此時我們說導體達到靜電平衡。 靜電平衡 3.靜電平衡狀態下導體的電場 (1)靜電平衡狀態。 在發生靜電感應的導體中，導體內（包括導體表面）的自由電子不再定向運動，我們認為導體已達到靜電平衡狀態。 (2)靜電平衡狀態下導體的特性。 處于靜電平衡狀態的導體的內部場強處處為零。 表面電場強度不為零，且表面電場強度方向垂直于導體表面。 所有學生參與對導體達到靜電平衡過程的探索，共同了解導體在靜電平衡狀態下的特性，強化學生的認識，讓學生體驗到獲取知識的樂趣。 考慮并討論為什么靜電平衡時導體表面電場強度的方向垂直于導體表面。 參考答案：如果該點的場強方向不垂直于表面，則該點沿表面會有強場分量。 電荷在這個強場分量的作用下會發生運動，并且不會處于靜電平衡狀態。 二、尖端放電 1、靜電平衡時導體上電荷分布的特點 (1)靜電平衡時導體內部沒有凈殘留電荷，電荷僅分布在導體的外表面上。
(2)在導體的外表面上，越尖銳的位置，電荷密度(單位面積的電荷)越大，周圍的電場強度也越大。 2.尖端放電 (1)空氣的電離使空氣分子中的正負電荷分離。 這種現象稱為空氣的電離。 (2)尖端放電導體尖端處的電荷密度很大，附近電場很強，使周圍的中性分子電離，因失去電荷而變成帶負電的自由電子和帶正電的離子。電子。 這些帶電粒子被強電場加速并撞擊空氣中的分子，進一步電離它們并產生更多的帶電粒子。 電荷與導體尖端電荷相反的粒子被吸引到尖端并中和尖端上的電荷，這相當于導體從尖端失去電荷。 這種現象稱為尖端放電。 顯示尖端放電圖片 (3) 應用及預防。 在建筑物頂部安裝一根鋒利的金屬棒，用粗電線將其與埋在地下的金屬板連接起來，并與大地保持良好的接觸，就成為避雷針。 向學生展示高樓屋頂避雷針的圖片，讓學生思考并回答問題。 閱讀課文時，學生通過閱讀尖端放電來找出空氣的電離情況。 尖端放電的定義。 學生講述尖端放電的應用和預防。 幫助學生理解靜電平衡狀態下導體表面電場強度的方向垂直于導體表面。 掌握靜電平衡過程中導體上電荷分布的特點，鍛煉學生的自主學習能力，理論聯系實際，讓學生體驗知識應用的樂趣。 高壓設備中的導體表面應盡可能光滑，以防止尖端放電造成高壓設備上的電能損失。
綠色光暈，俗稱電暈，有時會在夜間出現在高壓線周圍。 這是一種弱放電現象。 三、靜電屏蔽 1、當靜電屏蔽導體達到靜電平衡時，內部場強處處為0。 如果是有空腔的導體，則無論導體的外部電場如何，導體外殼內空腔內的電場強度也處處為0。 ，導體內部將不存在電場。 金屬外殼的這種作用稱為靜電屏蔽。 展示電籠中小鳥的視頻 2. 靜電屏蔽有兩種情況 1. 第一種情況，導體內部的空腔不受外部電場的影響，如圖所示。 導體腔內的電場為0。場源電荷產生的電場強度與導體球表面感應電荷引起的腔內電場強度的矢量和為零。 這意味著導體內部的空腔不受外部電場的影響，從而發揮作用。 屏蔽外部電場。 第二種情況，接地空腔導體內部的電場強度不影響外部空間，如圖所示。 當空腔導體接地時，大地和導體形成同一導體。 空腔內壁是場源電荷的近端，會感應出異質電荷。 觀看視頻《電籠里的鳥》，了解靜電屏蔽的兩種情況。 導體內部空腔不受外部電場影響； 接地空腔導體內部的電場強度不影響外部空間。 有助于了解靜電屏蔽，加深學生對靜電屏蔽的認識。 地球位于遠端并感應出相同類型的電荷。 空腔導體的外表面上沒有感應電荷。 可以理解，內部電場對腔體外部沒有影響，內部電場起作用。 屏蔽作用。 演示靜電屏蔽 (1) 將帶電金屬球靠近驗電器，但不要接觸它。 如果箔紙打開，請解釋您所看到的情況。
現象 箔片會打開。 原因是當帶正電的金屬球靠近驗電器時，由于靜電感應，自由電子會向金屬球移動，使金屬球帶負電，而箔片因缺少電子而帶正電。 這樣箔紙就會打開。 (2)用金屬網蓋住驗電器，然后將帶電的金屬球靠近驗電器，觀察箔片是否張開。 這種現象意味著什么？ 箔片打不開的原因是用金屬網覆蓋驗電器。 導體的外殼對其內部起到“保護”作用，使其內部不受外部電場的影響。 內部電場強度無處不在。 零電荷僅分布在導體的外表面上，因此驗電器的箔片不會打開。 我們稱這種現象為靜電屏蔽。 展示視頻靜電屏蔽視頻3.靜電屏蔽的應用。 學生觀察圖片、思考、討論。 學生觀察圖片、思考、討論。 了解靜電感應是自由電子的運動。 加深對靜電平衡的認識，培養學生解決問題的能力（1）野外高壓輸電線路被雷擊。 可能性很大，所以三根傳輸線上面還有兩根線。 它們與大地相連，形成一張稀疏的金屬“網”，以屏蔽高壓線路免受雷擊。 展示高壓線屏蔽圖片 (2) 超高壓帶電工作人員所穿的工作服是由含有金屬絲的織物制成，形成金屬“網”。 內部場強保持在0，高壓外部電場不會對內部工人產生影響。 展示超高壓作業工人圖片 四、靜電的危害及用途 1、靜電的危害 靜電的危害隨時可能發生。
在醫院手術臺上，靜電火花可能會導致麻醉劑爆炸； 在煤礦中，靜電火花可能會引起瓦斯爆炸。 展示瓦斯爆炸的圖片。 因此，靜電的危害必須引起人們的警惕。 科學漫步雷火蓮殿湖北武當山古建筑群是世界文化遺產之一。 武當山主峰天柱峰上有一座金色宮殿，是我國現存最大的鎏金青銅宮殿。 出示圖片武當山金殿。 這座金宮最奇特的地方就是，每當有閃電和雷霆出現的時候，火球就會在金宮周圍翻滾，但是雷電卻無法摧毀金宮。 雨過天晴后，大殿光彩奪目，仿佛被洗過一樣靜電感應，這就是“雷火煉宮”的奇觀。 后來，由于金宮周圍的一些建筑物經常遭到雷擊，金宮內安裝了防雷裝置。 隨后，雷火殿的奇觀便消失了。 沒有了水與火的煉化，金殿的顏色也變得黯淡了許多。 《雷火煉殿》解釋說，球形物體可以積聚電荷，產生火花放電。 學生講述靜電屏蔽的應用，并指導學生閱讀教材、科學散步，拓展學生的知識面。 擴大學生的知識面。 他們知道《雷火煉殿》解釋說，球形物體可以積聚電荷，產生火花放電。 2、靜電的利用 (1)靜電除塵器試圖使空氣中的灰塵帶電。 在靜電力的作用下，粉塵到達電極并被收集。 這就是靜電除塵器。 展示圖片展示靜電除塵器的原理。 靜電除塵器由極板集電器A和離子發生器B組成，A接幾千伏高壓電源的正極，B接高壓電源的負極。 它們之間有很強的電場，越靠近B，電場越強。 附近空氣中的氣體分子更容易被電離，成為正離子和電子。
正離子被B吸引，獲得電子，并再次成為分子。 在向正方向移動的過程中，電子遇到煙霧中的灰塵，使灰塵帶負電。 粉塵被吸附到正極A上，最終在重力作用下落入下面的漏斗中。 (2)靜電噴涂中連接負高壓的油漆霧化器噴出的油漆顆粒帶負電。 在靜電力的作用下，這些顆粒作為正極向工件移動，沉積在工件表面，完成涂裝工作。 展示靜電噴漆圖片 (3) 靜電印刷機也是利用靜電吸附。 復印機的核心部件是有機感光鼓，它是一個涂有有機感光體的金屬圓筒。 OPC在沒有光的情況下是絕緣體，在有光的情況下變成導體。 靜電復印的工作流程如下：充電、曝光、顯影、轉印、放電、課堂練習 1.下列做法中，防止靜電危害的做法是（靜電噴漆 B.在室內安裝靜電除塵器）煙道中心。閱讀課文。利用靜電鍛煉學生自主學習能力。C.電視機上安裝室外天線。D.運輸汽油等易燃易爆物品的車輛在地上拖著鏈條。答案D 2.有一次，小明的手指靠近金屬門把手時，突然感到觸電，這是因為運動的摩擦力使身體帶電，當手指靠近門把手時，一股觸電的感覺襲來。兩者之間形成放電現象，如果在放電之前，小明的手指帶負電，關于金屬門把手兩端感應帶電的情況，下圖標注的是正確的）ABCD答案A必須會增強 B 一定會減弱 C 可能會增強 可能會減弱 D 答案不變 A 導體處于靜電平衡狀態，內部電場強度和電勢均為零 B 元電荷是電子和質子的統稱 C 使用靜電噴漆汽車噴漆方法既省漆又均勻。 D 避雷針防雷是利用尖端放電來中和空氣。 學生通過練習鞏固所學知識。 異種電荷的答案 CD 擴展和改進 1、如圖所示，一個帶電的金屬圓筒（法拉第圓筒）和一個驗電器相距較遠放置。
現在使用帶有絕緣手柄的（不帶電）金屬球首先接觸氣缸的外壁。 然后接觸驗電器的小球。 驗電器的箔片將使系統返回到初始狀態。 首先使用小球。 與氣缸內壁接觸。 然后與驗電器的小球接觸，驗電器的箔片將（請在以上兩個字段中填寫“開”或“不開”。 2.一個不帶電的空心金屬球，在其上有一個正點電荷放在球心，哪一張圖能正確表示電場分布？答案 B 3、如圖所示靜電感應，兩個相同的空心金屬球 M 不帶電（MN 相距較遠，互不影響）其他），分別放置一個不帶電的金屬球P和R，當帶正電的小球Q分別放入M中時