新教材人教版（2020年）高中物理必修课第三卷9.4静电的预防与利用教学设计静电的预防与利用教学设计专题静电的预防与利用第九单元学科物理二年级教材分析 本课使用的教材是人民教育出版社出版的高中物理必修三章内容。 本节的主要概念是静电平衡。 掌握静电平衡的概念，了解静电平衡的特点是本节的重点。 应用静电平衡知识了解导体的电荷分布特性、尖端放电现象、静电屏蔽现象。 这就是本节的难点。 做好演示实验是这门课的关键。 当金属导体置于电场中时，达到静电平衡状态是一个非常快的过程，但对这个过程的分析非常重要。 一定要引导学生参与这个过程的讨论，让他们了解自由电荷在什么条件下不再定向移动。 这样做既突出了重点，又为攻坚克难奠定了基础。 带电导体的电荷分布的两个特性对于学生来说是非常深刻的问题，必须通过实验来加深理解。 必须对静电屏蔽现象和静电屏蔽的应用进行论证实验。 教学目标及核心能力 1. 教学目标1：了解什么是静电平衡状态，并能够描述静电平衡发生的条件。 了解尖端放电和静电屏蔽现象及其应用。 2.核心素养物理概念：通过讨论导体中自由电荷在静电场中的运动，体验建立静电平衡概念的过程。 科学思维掌握归纳推理和演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身体验构建知识的过程。
通过科学探究，通过讨论导体中自由电荷在静电场中的运动，了解静电平衡的概念以及静电平衡中导体的特性。 科学态度与责任 通过观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度。 重点掌握静电平衡的概念，了解静电平衡的特点和难点。 应用静电平衡知识，了解导体的电荷分布特性。 尖端放电现象。 静电屏蔽现象。 教学过程。 教学链接。 教师活动。 学生活动。 设计意图。 引入新课程。 它在我们周围无处不在。 有静电。 日常生活中穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。 静电与我们的生活密不可分。 连接我们周围的生活经历可以激发学生的好奇心和探索欲望。 显示图片复印机 复印机可以利用静电吸附来复印数据。 考虑一下图片。 它是加油站常见的“静电放电器”。 您知道为什么司机或工人在抬起气嘴之前必须用手触摸静电放电器吗？ 显示图片 静电释放装置“静电放电器”可以在人体、金属、大地之间形成一条通路，将人体的静电转移到大地，从而消除人体上的静电并且可以预防火灾。 今天我们就来学习一下如何预防和利用静电。 静电无处不在，这就引出了本节的主题：静电的预防与利用。 新课1.静电平衡 1.静电感应思考与讨论 如果将不带电的金属导体ABCD置于电场强度为E0的电场中，导体会发生什么变化？ 金属导体中自由电子受电场力作用后向左移动的现象。 由于静电感应，导体AB侧平面会感应出负电荷，CD侧平面会感应出正电荷。 2、静电平衡 (1)导体两侧出现正、负感应电荷。 感应电荷在导体内部产生与电场强度E0方向相反的电场，其电场强度为E。
学生思考和回答问题，体验和分析导体放置在电场中的静电感应过程，思考和回答问题，体验和分析导体放置在电场中，从而调动学生的学习热情，积极参与探索活动。 掌握静电平衡状态 (2)感应电荷的电场与外部电场叠加，削弱了导体内部的电场。 在叠加电场的作用下，仍然有自由电子继续运动，直到导体内部各点的电场强度E0，导体内的自由电子不再定向运动。 此时我们说导体达到静电平衡。 静电平衡 3.静电平衡状态下导体的电场 (1)静电平衡状态。 在发生静电感应的导体中，导体内（包括导体表面）的自由电子不再定向运动，我们认为导体已达到静电平衡状态。 (2)静电平衡状态下导体的特性。 处于静电平衡状态的导体的内部场强处处为零。 表面电场强度不为零，且表面电场强度方向垂直于导体表面。 所有学生参与对导体达到静电平衡过程的探索，共同了解导体在静电平衡状态下的特性，强化学生的认识，让学生体验到获取知识的乐趣。 考虑并讨论为什么静电平衡时导体表面电场强度的方向垂直于导体表面。 参考答案：如果该点的场强方向不垂直于表面，则该点沿表面会有强场分量。 电荷在这个强场分量的作用下会发生运动，并且不会处于静电平衡状态。 二、尖端放电 1、静电平衡时导体上电荷分布的特点 (1)静电平衡时导体内部没有净残留电荷，电荷仅分布在导体的外表面上。
(2)在导体的外表面上，越尖锐的位置，电荷密度(单位面积的电荷)越大，周围的电场强度也越大。 2.尖端放电 (1)空气的电离使空气分子中的正负电荷分离。 这种现象称为空气的电离。 (2)尖端放电导体尖端处的电荷密度很大，附近电场很强，使周围的中性分子电离，因失去电荷而变成带负电的自由电子和带正电的离子。电子。 这些带电粒子被强电场加速并撞击空气中的分子，进一步电离它们并产生更多的带电粒子。 电荷与导体尖端电荷相反的粒子被吸引到尖端并中和尖端上的电荷，这相当于导体从尖端失去电荷。 这种现象称为尖端放电。 显示尖端放电图片 (3) 应用及预防。 在建筑物顶部安装一根锋利的金属棒，用粗电线将其与埋在地下的金属板连接起来，并与大地保持良好的接触，就成为避雷针。 向学生展示高楼屋顶避雷针的图片，让学生思考并回答问题。 阅读课文时，学生通过阅读尖端放电来找出空气的电离情况。 尖端放电的定义。 学生讲述尖端放电的应用和预防。 帮助学生理解静电平衡状态下导体表面电场强度的方向垂直于导体表面。 掌握静电平衡过程中导体上电荷分布的特点，锻炼学生的自主学习能力，理论联系实际，让学生体验知识应用的乐趣。 高压设备中的导体表面应尽可能光滑，以防止尖端放电造成高压设备上的电能损失。
绿色光晕，俗称电晕，有时会在夜间出现在高压线周围。 这是一种弱放电现象。 三、静电屏蔽 1、当静电屏蔽导体达到静电平衡时，内部场强处处为0。 如果是有空腔的导体，则无论导体的外部电场如何，导体外壳内空腔内的电场强度也处处为0。 ，导体内部将不存在电场。 金属外壳的这种作用称为静电屏蔽。 展示电笼中小鸟的视频 2. 静电屏蔽有两种情况 1. 第一种情况，导体内部的空腔不受外部电场的影响，如图所示。 导体腔内的电场为0。场源电荷产生的电场强度与导体球表面感应电荷引起的腔内电场强度的矢量和为零。 这意味着导体内部的空腔不受外部电场的影响，从而发挥作用。 屏蔽外部电场。 第二种情况，接地空腔导体内部的电场强度不影响外部空间，如图所示。 当空腔导体接地时，大地和导体形成同一导体。 空腔内壁是场源电荷的近端，会感应出异质电荷。 观看视频《电笼里的鸟》，了解静电屏蔽的两种情况。 导体内部空腔不受外部电场影响； 接地空腔导体内部的电场强度不影响外部空间。 有助于了解静电屏蔽，加深学生对静电屏蔽的认识。 地球位于远端并感应出相同类型的电荷。 空腔导体的外表面上没有感应电荷。 可以理解，内部电场对腔体外部没有影响，内部电场起作用。 屏蔽作用。 演示静电屏蔽 (1) 将带电金属球靠近验电器，但不要接触它。 如果箔纸打开，请解释您所看到的情况。
现象 箔片会打开。 原因是当带正电的金属球靠近验电器时，由于静电感应，自由电子会向金属球移动，使金属球带负电，而箔片因缺少电子而带正电。 这样箔纸就会打开。 (2)用金属网盖住验电器，然后将带电的金属球靠近验电器，观察箔片是否张开。 这种现象意味着什么？ 箔片打不开的原因是用金属网覆盖验电器。 导体的外壳对其内部起到“保护”作用，使其内部不受外部电场的影响。 内部电场强度无处不在。 零电荷仅分布在导体的外表面上，因此验电器的箔片不会打开。 我们称这种现象为静电屏蔽。 展示视频静电屏蔽视频3.静电屏蔽的应用。 学生观察图片、思考、讨论。 学生观察图片、思考、讨论。 了解静电感应是自由电子的运动。 加深对静电平衡的认识，培养学生解决问题的能力（1）野外高压输电线路被雷击。 可能性很大，所以三根传输线上面还有两根线。 它们与大地相连，形成一张稀疏的金属“网”，以屏蔽高压线路免受雷击。 展示高压线屏蔽图片 (2) 超高压带电工作人员所穿的工作服是由含有金属丝的织物制成，形成金属“网”。 内部场强保持在0，高压外部电场不会对内部工人产生影响。 展示超高压作业工人图片 四、静电的危害及用途 1、静电的危害 静电的危害随时可能发生。
在医院手术台上，静电火花可能会导致麻醉剂爆炸； 在煤矿中，静电火花可能会引起瓦斯爆炸。 展示瓦斯爆炸的图片。 因此，静电的危害必须引起人们的警惕。 科学漫步雷火莲殿湖北武当山古建筑群是世界文化遗产之一。 武当山主峰天柱峰上有一座金色宫殿，是我国现存最大的鎏金青铜宫殿。 出示图片武当山金殿。 这座金宫最奇特的地方就是，每当有闪电和雷霆出现的时候，火球就会在金宫周围翻滚，但是雷电却无法摧毁金宫。 雨过天晴后，大殿光彩夺目，仿佛被洗过一样静电感应，这就是“雷火炼宫”的奇观。 后来，由于金宫周围的一些建筑物经常遭到雷击，金宫内安装了防雷装置。 随后，雷火殿的奇观便消失了。 没有了水与火的炼化，金殿的颜色也变得黯淡了许多。 《雷火炼殿》解释说，球形物体可以积聚电荷，产生火花放电。 学生讲述静电屏蔽的应用，并指导学生阅读教材、科学散步，拓展学生的知识面。 扩大学生的知识面。 他们知道《雷火炼殿》解释说，球形物体可以积聚电荷，产生火花放电。 2、静电的利用 (1)静电除尘器试图使空气中的灰尘带电。 在静电力的作用下，粉尘到达电极并被收集。 这就是静电除尘器。 展示图片展示静电除尘器的原理。 静电除尘器由极板集电器A和离子发生器B组成，A接几千伏高压电源的正极，B接高压电源的负极。 它们之间有很强的电场，越靠近B，电场越强。 附近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B吸引，获得电子，并再次成为分子。 在向正方向移动的过程中，电子遇到烟雾中的灰尘，使灰尘带负电。 粉尘被吸附到正极A上，最终在重力作用下落入下面的漏斗中。 (2)静电喷涂中连接负高压的油漆雾化器喷出的油漆颗粒带负电。 在静电力的作用下，这些颗粒作为正极向工件移动，沉积在工件表面，完成涂装工作。 展示静电喷漆图片 (3) 静电印刷机也是利用静电吸附。 复印机的核心部件是有机感光鼓，它是一个涂有有机感光体的金属圆筒。 OPC在没有光的情况下是绝缘体，在有光的情况下变成导体。 静电复印的工作流程如下：充电、曝光、显影、转印、放电、课堂练习 1.下列做法中，防止静电危害的做法是（静电喷漆 B.在室内安装静电除尘器）烟道中心。阅读课文。利用静电锻炼学生自主学习能力。C.电视机上安装室外天线。D.运输汽油等易燃易爆物品的车辆在地上拖着链条。答案D 2.有一次，小明的手指靠近金属门把手时，突然感到触电，这是因为运动的摩擦力使身体带电，当手指靠近门把手时，一股触电的感觉袭来。两者之间形成放电现象，如果在放电之前，小明的手指带负电，关于金属门把手两端感应带电的情况，下图标注的是正确的）ABCD答案A必须会增强 B 一定会减弱 C 可能会增强 可能会减弱 D 答案不变 A 导体处于静电平衡状态，内部电场强度和电势均为零 B 元电荷是电子和质子的统称 C 使用静电喷漆汽车喷漆方法既省漆又均匀。 D 避雷针防雷是利用尖端放电来中和空气。 学生通过练习巩固所学知识。 异种电荷的答案 CD 扩展和改进 1、如图所示，一个带电的金属圆筒（法拉第圆筒）和一个验电器相距较远放置。
现在使用带有绝缘手柄的（不带电）金属球首先接触气缸的外壁。 然后接触验电器的小球。 验电器的箔片将使系统返回到初始状态。 首先使用小球。 与气缸内壁接触。 然后与验电器的小球接触，验电器的箔片将（请在以上两个字段中填写“开”或“不开”。 2.一个不带电的空心金属球，在其上有一个正点电荷放在球心，哪一张图能正确表示电场分布？答案 B 3、如图所示静电感应，两个相同的空心金属球 M 不带电（MN 相距较远，互不影响）其他），分别放置一个不带电的金属球P和R，当带正电的小球Q分别放入M中时