物理第九章 静电场及其应用4 静电的防止与利用教案

这是一份物理第九章 静电场及其应用4 静电的防止与利用教案，共7页。教案主要包含了教材分析，教学目标，新课导入，教学设计等内容，欢迎下载使用。

本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第9章第4节的内容,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。这样做不仅突出了重点，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。
【教学目标】
1.知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态。
2.理解导体达到静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部的电场强度处处为0。
3.知道导体达到静电平衡时，导体上的电荷分布特点及尖端放电原理，会解释避雷针的原理。
4.知道静电屏蔽及其应用。
5.了解生产、生活中静电的利用与防护，知道静电吸附在生产、生活中的应用。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。
【新课导入】
自然界中到处都有静电现象。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程，都有可能产生静电。在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器?超高压带电作业的工人穿戴的工作服，为什么要用包含金属丝的织物制成?
带着这些问题，我们来一起学习“静电的防止与利用”这一节的内容。
【教学设计】
1.静电平衡
问题1：电场的重要性质是什么？
对放人其中的电荷有力的作用。
问题2：金属导体的微观结构如何？
金属导体中的原子由原子核和核外电子组成，离原子核较远的电子脱离原子核束缚而成为自由电子，失去电子的原子便成为带正电的离子。故金属主要由中性原子、带正电的离子、自由电子三部分组成。
问题3：如图甲所示，把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中。由于静电感应，在导体AB侧的平面上和CD侧的平面上将感应出什么电荷？
在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。
问题4：在导体AB侧的平面上感应出的负电荷和CD侧的平面上感应出的正电荷会不会一直增加下去？最终会出现怎样的现象？
导体出现的正、负电荷在导体内部产生与电场强度E。方向相反的电场，其电场强度为E'(如图乙所示）。这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度E=0为止（如图丙所示)，导体内的自由电子不再发生定向移动。
问题5：静电平衡时，导体AB内部的电场强度有什么特点？
处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。
设计意图：教师通过提问，引导学生复习旧知，为学生学习静电平衡打下基础。教师要求学生带着问题阅读教材中的相关内容，并回答问题。教师通过表扬的方式激励学生，让学生顺利掌握知识。
2.尖端放电
问题1：静电平衡时，导体内部和外部的电荷分布有什么特点？
静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。
问题2：什么叫作空气的电离？
在一定条件下，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分离。这个现象叫作空气的电离。
问题3：什么叫作尖端放电？
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。这种现象叫作尖端放电。
问题4：避雷针的工作原理是什么?
将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，就成为避雷针。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。
问题5：尖端放电有什么危害？应怎样减小危害？
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尽量光滑。
设计意图：教师提出问题，引导学生自学教材中的相关内容，找出答案。教师引导学生复述内容，并给予学生高度评价。学生阅读教材，复述避雷针的工作原理。
3.静电屏蔽
问题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。如果放人静电场中的是一个空腔导体，电荷分布又有什么特点呢？
如图所示，静电平衡时，内表面没有电荷，导体壳壁W内的电场强度为0，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电场强度也处处为0。也就是说，无论导体外部电场是什么样的，导体内部都不会有电场。
问题2：使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片是否张开？如果用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器（如图所示），如果箔片是否张开？这个现象说明了什么?
使带电的金属球靠近验电器，但不接触，箔片会张开，金属球和箔片之间发生了静电感应。如果用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，箔片不张开，这是因为金属网把验电器屏蔽了，内部电场为0。
问题3：野外高压输电线是怎样利用静电屏蔽的？
实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线上方还有两条导线，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，使其免遭雷击。
问题4：静电的危害有哪些？
静电的危害可能随时发生。例如，医院手术台上，静电火花有可能引起麻醉剂爆炸；煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸……因此，静电的危害必须引起人们的警惕。
设计意图：教师提出问题，引导学生思考，培养学生的分析问题、解决问题的能力。
静电吸附
问题1：静电吸附主要有哪些应用？
静电除尘、静电喷漆、静电复印等。
问题2：什么是静电除尘？静电除尘的原理是怎样的？
如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成。A接到几千伏高压电源的正极，B接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B越近，电场强度越大。B附近的空气中的气体分子更容易被电离，成为正离子和电子。正离子被吸到B上，得到电子，又成为分子。电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，使粉尘带负电。粉尘被吸附到正极A上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中。静电除尘用于粉尘较多的各种场所，除去有害的微粒，或者回收物资，如回收水泥粉尘。
问题3：静电喷漆的工作原理是怎样的?
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。
问题4：静电复印工作原理是怎样的？
复印机也应用了静电吸附。复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是一个金属圆柱，表面涂覆有机光导体(OPC)。没有光照时，OPC绝缘体，受到光照时变成导体。
复印机复印的工作过程如图所示。
设计意图：教师提出问题，引导学生自学教材中的相关内容。教师投影教材中的图片，让学生上讲台复述静电除尘原理。教师给予学生表扬与鼓励，培养学生的总结能力和语言表达能力。
【板书】
9.4 静电的防止与利用
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
（2）曝光
（3）显影
（4）转印
（5）放电