新教材人教版（2020年）高中物理必修課第三卷9.4靜電的預(yù)防與利用教學(xué)設(shè)計(jì)靜電的預(yù)防與利用教學(xué)設(shè)計(jì)專題靜電的預(yù)防與利用第九單元學(xué)科物理二年級(jí)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(nèi)容。 本節(jié)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(diǎn)是本節(jié)的重點(diǎn)。 應(yīng)用靜電平衡知識(shí)了解導(dǎo)體的電荷分布特性、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象。 這就是本節(jié)的難點(diǎn)。 做好演示實(shí)驗(yàn)是這門課的關(guān)鍵。 當(dāng)金屬導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)是一個(gè)非常快的過程，但對(duì)這個(gè)過程的分析非常重要。 一定要引導(dǎo)學(xué)生參與這個(gè)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(dòng)。 這樣做既突出了重點(diǎn)，又為攻堅(jiān)克難奠定了基礎(chǔ)。 帶電導(dǎo)體的電荷分布的兩個(gè)特性對(duì)于學(xué)生來說是非常深刻的問題，必須通過實(shí)驗(yàn)來加深理解。 必須對(duì)靜電屏蔽現(xiàn)象和靜電屏蔽的應(yīng)用進(jìn)行論證實(shí)驗(yàn)。 教學(xué)目標(biāo)及核心能力 1. 教學(xué)目標(biāo)1：了解什么是靜電平衡狀態(tài)，并能夠描述靜電平衡發(fā)生的條件。 了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。 2.核心素養(yǎng)物理概念：通過討論導(dǎo)體中自由電荷在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，體驗(yàn)建立靜電平衡概念的過程。 科學(xué)思維掌握歸納推理和演繹推理的方法，訓(xùn)練學(xué)生的推理能力，親身體驗(yàn)構(gòu)建知識(shí)的過程。
通過科學(xué)探究，通過討論導(dǎo)體中自由電荷在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，了解靜電平衡的概念以及靜電平衡中導(dǎo)體的特性。 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 通過觀察、實(shí)驗(yàn)、探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 重點(diǎn)掌握靜電平衡的概念，了解靜電平衡的特點(diǎn)和難點(diǎn)。 應(yīng)用靜電平衡知識(shí)，了解導(dǎo)體的電荷分布特性。 尖端放電現(xiàn)象。 靜電屏蔽現(xiàn)象。 教學(xué)過程。 教學(xué)鏈接。 教師活動(dòng)。 學(xué)生活動(dòng)。 設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)等過程都可能產(chǎn)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(jīng)歷可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望。 顯示圖片復(fù)印機(jī) 復(fù)印機(jī)可以利用靜電吸附來復(fù)印數(shù)據(jù)。 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(jī)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(zhuǎn)移到大地，從而消除人體上的靜電并且可以預(yù)防火災(zāi)。 今天我們就來學(xué)習(xí)一下如何預(yù)防和利用靜電。 靜電無處不在，這就引出了本節(jié)的主題：靜電的預(yù)防與利用。 新課1.靜電平衡 1.靜電感應(yīng)思考與討論 如果將不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD置于電場(chǎng)強(qiáng)度為E0的電場(chǎng)中，導(dǎo)體會(huì)發(fā)生什么變化？ 金屬導(dǎo)體中自由電子受電場(chǎng)力作用后向左移動(dòng)的現(xiàn)象。 由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體AB側(cè)平面會(huì)感應(yīng)出負(fù)電荷，CD側(cè)平面會(huì)感應(yīng)出正電荷。 2、靜電平衡 (1)導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)正、負(fù)感應(yīng)電荷。 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度E0方向相反的電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度為E。
學(xué)生思考和回答問題，體驗(yàn)和分析導(dǎo)體放置在電場(chǎng)中的靜電感應(yīng)過程，思考和回答問題，體驗(yàn)和分析導(dǎo)體放置在電場(chǎng)中，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，積極參與探索活動(dòng)。 掌握靜電平衡狀態(tài) (2)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與外部電場(chǎng)疊加，削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)。 在疊加電場(chǎng)的作用下，仍然有自由電子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再定向運(yùn)動(dòng)。 此時(shí)我們說導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡。 靜電平衡 3.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng) (1)靜電平衡狀態(tài)。 在發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體中，導(dǎo)體內(nèi)（包括導(dǎo)體表面）的自由電子不再定向運(yùn)動(dòng)，我們認(rèn)為導(dǎo)體已達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。 (2)靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性。 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。 表面電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，且表面電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于導(dǎo)體表面。 所有學(xué)生參與對(duì)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡過程的探索，共同了解導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下的特性，強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)到獲取知識(shí)的樂趣。 考慮并討論為什么靜電平衡時(shí)導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直于導(dǎo)體表面。 參考答案：如果該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向不垂直于表面，則該點(diǎn)沿表面會(huì)有強(qiáng)場(chǎng)分量。 電荷在這個(gè)強(qiáng)場(chǎng)分量的作用下會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，并且不會(huì)處于靜電平衡狀態(tài)。 二、尖端放電 1、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷分布的特點(diǎn) (1)靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈殘留電荷，電荷僅分布在導(dǎo)體的外表面上。
(2)在導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)度也越大。 2.尖端放電 (1)空氣的電離使空氣分子中的正負(fù)電荷分離。 這種現(xiàn)象稱為空氣的電離。 (2)尖端放電導(dǎo)體尖端處的電荷密度很大，附近電場(chǎng)很強(qiáng)，使周圍的中性分子電離，因失去電荷而變成帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子。電子。 這些帶電粒子被強(qiáng)電場(chǎng)加速并撞擊空氣中的分子，進(jìn)一步電離它們并產(chǎn)生更多的帶電粒子。 電荷與導(dǎo)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(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。 這種現(xiàn)象稱為尖端放電。 顯示尖端放電圖片 (3) 應(yīng)用及預(yù)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?qū)W生展示高樓屋頂避雷針的圖片，讓學(xué)生思考并回答問題。 閱讀課文時(shí)，學(xué)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(xué)生講述尖端放電的應(yīng)用和預(yù)防。 幫助學(xué)生理解靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直于導(dǎo)體表面。 掌握靜電平衡過程中導(dǎo)體上電荷分布的特點(diǎn)，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，理論聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用的樂趣。 高壓設(shè)備中的導(dǎo)體表面應(yīng)盡可能光滑，以防止尖端放電造成高壓設(shè)備上的電能損失。
綠色光暈，俗稱電暈，有時(shí)會(huì)在夜間出現(xiàn)在高壓線周圍。 這是一種弱放電現(xiàn)象。 三、靜電屏蔽 1、當(dāng)靜電屏蔽導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0。 如果是有空腔的導(dǎo)體，則無論導(dǎo)體的外部電場(chǎng)如何，導(dǎo)體外殼內(nèi)空腔內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度也處處為0。 ，導(dǎo)體內(nèi)部將不存在電場(chǎng)。 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(dǎo)體內(nèi)部的空腔不受外部電場(chǎng)的影響，如圖所示。 導(dǎo)體腔內(nèi)的電場(chǎng)為0。場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度與導(dǎo)體球表面感應(yīng)電荷引起的腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和為零。 這意味著導(dǎo)體內(nèi)部的空腔不受外部電場(chǎng)的影響，從而發(fā)揮作用。 屏蔽外部電場(chǎng)。 第二種情況，接地空腔導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度不影響外部空間，如圖所示。 當(dāng)空腔導(dǎo)體接地時(shí)，大地和導(dǎo)體形成同一導(dǎo)體。 空腔內(nèi)壁是場(chǎng)源電荷的近端，會(huì)感應(yīng)出異質(zhì)電荷。 觀看視頻《電籠里的鳥》，了解靜電屏蔽的兩種情況。 導(dǎo)體內(nèi)部空腔不受外部電場(chǎng)影響； 接地空腔導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度不影響外部空間。 有助于了解靜電屏蔽，加深學(xué)生對(duì)靜電屏蔽的認(rèn)識(shí)。 地球位于遠(yuǎn)端并感應(yīng)出相同類型的電荷。 空腔導(dǎo)體的外表面上沒有感應(yīng)電荷。 可以理解，內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)腔體外部沒有影響，內(nèi)部電場(chǎng)起作用。 屏蔽作用。 演示靜電屏蔽 (1) 將帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，但不要接觸它。 如果箔紙打開，請(qǐng)解釋您所看到的情況。
現(xiàn)象 箔片會(huì)打開。 原因是當(dāng)帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電器時(shí)，由于靜電感應(yīng)，自由電子會(huì)向金屬球移動(dòng)，使金屬球帶負(fù)電，而箔片因缺少電子而帶正電。 這樣箔紙就會(huì)打開。 (2)用金屬網(wǎng)蓋住驗(yàn)電器，然后將帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器，觀察箔片是否張開。 這種現(xiàn)象意味著什么？ 箔片打不開的原因是用金屬網(wǎng)覆蓋驗(yàn)電器。 導(dǎo)體的外殼對(duì)其內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使其內(nèi)部不受外部電場(chǎng)的影響。 內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度無處不在。 零電荷僅分布在導(dǎo)體的外表面上，因此驗(yàn)電器的箔片不會(huì)打開。 我們稱這種現(xiàn)象為靜電屏蔽。 展示視頻靜電屏蔽視頻3.靜電屏蔽的應(yīng)用。 學(xué)生觀察圖片、思考、討論。 學(xué)生觀察圖片、思考、討論。 了解靜電感應(yīng)是自由電子的運(yùn)動(dòng)。 加深對(duì)靜電平衡的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)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(wǎng)”，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(wǎng)”。 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)保持在0，高壓外部電場(chǎng)不會(huì)對(duì)內(nèi)部工人產(chǎn)生影響。 展示超高壓作業(yè)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(shí)可能發(fā)生。
在醫(yī)院手術(shù)臺(tái)上，靜電火花可能會(huì)導(dǎo)致麻醉劑爆炸； 在煤礦中，靜電火花可能會(huì)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(xué)漫步雷火蓮殿湖北武當(dāng)山古建筑群是世界文化遺產(chǎn)之一。 武當(dāng)山主峰天柱峰上有一座金色宮殿，是我國(guó)現(xiàn)存最大的鎏金青銅宮殿。 出示圖片武當(dāng)山金殿。 這座金宮最奇特的地方就是，每當(dāng)有閃電和雷霆出現(xiàn)的時(shí)候，火球就會(huì)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(yīng)，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(jīng)常遭到雷擊，金宮內(nèi)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(chǎn)生火花放電。 學(xué)生講述靜電屏蔽的應(yīng)用，并指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材、科學(xué)散步，拓展學(xué)生的知識(shí)面。 擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。 他們知道《雷火煉殿》解釋說，球形物體可以積聚電荷，產(chǎn)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(dá)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(fā)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(fù)極。 它們之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)，越靠近B，電場(chǎng)越強(qiáng)。 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(dòng)的過程中，電子遇到煙霧中的灰塵，使灰塵帶負(fù)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(fù)高壓的油漆霧化器噴出的油漆顆粒帶負(fù)電。 在靜電力的作用下，這些顆粒作為正極向工件移動(dòng)，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(jī)也是利用靜電吸附。 復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)感光鼓，它是一個(gè)涂有有機(jī)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(dǎo)體。 靜電復(fù)印的工作流程如下：充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、放電、課堂練習(xí) 1.下列做法中，防止靜電危害的做法是（靜電噴漆 B.在室內(nèi)安裝靜電除塵器）煙道中心。閱讀課文。利用靜電鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。C.電視機(jī)上安裝室外天線。D.運(yùn)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(shí)，突然感到觸電，這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的摩擦力使身體帶電，當(dāng)手指靠近門把手時(shí)，一股觸電的感覺襲來。兩者之間形成放電現(xiàn)象，如果在放電之前，小明的手指帶負(fù)電，關(guān)于金屬門把手兩端感應(yīng)帶電的情況，下圖標(biāo)注的是正確的）ABCD答案A必須會(huì)增強(qiáng) B 一定會(huì)減弱 C 可能會(huì)增強(qiáng) 可能會(huì)減弱 D 答案不變 A 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)均為零 B 元電荷是電子和質(zhì)子的統(tǒng)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(xué)生通過練習(xí)鞏固所學(xué)知識(shí)。 異種電荷的答案 CD 擴(kuò)展和改進(jìn) 1、如圖所示，一個(gè)帶電的金屬圓筒（法拉第圓筒）和一個(gè)驗(yàn)電器相距較遠(yuǎn)放置。
現(xiàn)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(yàn)電器的小球。 驗(yàn)電器的箔片將使系統(tǒng)返回到初始狀態(tài)。 首先使用小球。 與氣缸內(nèi)壁接觸。 然后與驗(yàn)電器的小球接觸，驗(yàn)電器的箔片將（請(qǐng)?jiān)谝陨蟽蓚€(gè)字段中填寫“開”或“不開”。 2.一個(gè)不帶電的空心金屬球，在其上有一個(gè)正點(diǎn)電荷放在球心，哪一張圖能正確表示電場(chǎng)分布？答案 B 3、如圖所示靜電感應(yīng)，兩個(gè)相同的空心金屬球 M 不帶電（MN 相距較遠(yuǎn)，互不影響）其他），分別放置一個(gè)不帶電的金屬球P和R，當(dāng)帶正電的小球Q分別放入M中時(shí)