9.4静电的防止与利用 教学设计-高中物理人教版（2019）必修第三册

第九章静电场及其应用课时9.4静电的防止与利用教材分析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。做好演示实验是本节课的关键。学情分析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。这样不仅突出重点，也为后面做好铺垫。带电导体的电荷分布的特点对于学生来说难以理解，因此需要做好实验演示。教学目标通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程。通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。知道静电平衡状态下电荷的分布规律。了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用，了解静电吸附的原理及其应用。了解生产、生活中静电的利用和防止。重难点重点：1.知道静电平衡的概念2.知道导体上电荷的分布规律3.知道什么是静电屏蔽及其相关应用难点：1.理解静电平衡的特征2.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、静电屏蔽现象授课内容（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：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。【典例1】当导体达到静电平衡时，下列说法正确的是()A.外部电场消失B.感应电荷产生的附加电场的场强为零C.导体内部的合场强为零D.导体表面和内部的合场强均为零【典例2】如图，长为L的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为Q的点电荷放在距棒左端R处，当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是()A.棒中的场强为0B.棒中的场强不为0C.整个导体棒带同种电荷D.导体棒内有多余的电荷【变式1】.长为l的导体棒原来不带电，P1、P2是位于棒上的两点，位置如图所示。现将一电荷量为+q的点电荷放在距棒右端r处，达到静电平衡后，棒上感应电荷在P1处产生的场强大小为E1，在P2处产生的场强大小为E2。则以下说法正确的是()A.E1=E2=0B.E1≠0，E2=0C.0<E1<E2，方向均向右D.E1>E2>0，方向均向左（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。【典例1】在高大的建筑物上安装避雷针的目的是()A.通过尖端放电中和云层中的电荷B.避免放电现象的发生C.直接导走云层中的电荷D.增加电荷在建筑物上的积累【变式1】如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M、N间有两个等高的金属体A、B，A为尖头、B为圆头。将金属板M、N接在高压电源上，逐渐升高电源电压，将首先观察到()A.A放电 B.B放电C.A、B一起放电 D.A、B之间放电点拨：在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，其附近的电场强度越大，越容易使空气电离，从而产生放电现象。（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。【典例1】有一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的(B)【典例2】如图所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则下面关于验电器箔片的说法正确的是()A.箔片张开B.箔片不张开C.带电金属球电量足够大时箔片才会张开D.箔片张开的原因是金属网感应带电产生电场【变式1】如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不接触)，外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是()A.B的右端带正电，A向左偏B.B的右端带正电，A不偏左也不偏右C.B的左端带正电，A向右偏D.B的左端带正电，A不偏左也不偏右（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：通过电源使有机光导体鼓带上正电。(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。【典例1】如图是静电除尘装置示意图，装置的外壁连接高压电源的正极，中间的金属丝连接负极。将混浊气体通入该装置时，气体中的粉尘会不断向筒壁积累，最后在重力作用下坠落在筒底。在该装置除尘的过程中，下列说法不正确的是()A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场【变式1】下列关于静电喷漆的说法中正确的是()A.当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带正电，物体也带正电，相互排斥而扩散开来B.当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带负电，物体也带负电，相互排斥而扩散开来C.从喷枪喷出的油漆微粒带负电，微粒相互排斥而扩散开来，被吸附在带正电的物体上D.因为油漆微粒相互排斥而扩散开来，所以静电喷漆虽喷漆均匀但浪费油漆六、课堂小结 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：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为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。3.静电屏蔽的两种情况(1)外屏蔽：不接地的导体壳内部不受外界影响，如图甲所示。(2)全屏蔽：接地导体壳外部不受内部电荷影响，内部也不受外部电场的影响四、静电吸附应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作过程七、随堂检测1.如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则()A.B的空腔内电场强度为零 B.B不带电C.B的外表面带正电 D.B的内表面带负电点拨：因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，由于A带正电，B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错误。2.如图所示，有两个相同的空心金属球M和N，M带电荷量为-Q，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时()A.P、R上均有感应电荷B.P、R上均没有感应电荷C.P上有而R上没有感应电荷D.P上没有而R上有感应电荷3.(多选)如图所示，金属球壳A带有正电，其上方有一