静电屏蔽教案.doc

四静电屏蔽
【教学目标】
1、知识目标
(1)知道静电感应产生的原因；
(2)理解静电平衡时，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上；
(3)知道静电屏蔽及其应用。
2、能力目标
(1)培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力；
(2)掌握分析和综合等思维方法。
3、德育目标
(1)使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义；
(2)渗透具体问题具体分析的方法。
【教学重点】
静电场中静电平衡状态下导体的场强和静电荷分布的特点。
【教学难点】
运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因。
【教学方法】
实验法，推理法、归纳法、讲练法。
【教具准备】
验电器两个、法拉第圆筒一个、有绝缘柄的金属小球一个，带绝缘支架的金属球一个、金属网罩一个。收音机一个。
【课时安排】
1课时
【教学过程】

一、导入新课
问题：什么是静电感应现象？
将不带电的导体靠近带电体时，导体上就带电了，靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应现象。
知道了电场中的导体会发生静电感应现象，那为什么会产生静电感应现象呢？产生静电感应现象会导致怎样的结果，导体又有何特点呢？今天这节课就来分析这些问题。

二、新课教学
1、静电平衡状态
(1)静电平衡
问题：为什么会产生静电感应现象呢？
分析：导体的特征是在它的内部有大量的自由电荷。将一不带电金属导体靠近带电体时，导体即处于带电体所形成的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体一侧集聚负电荷，而导体另一侧则集聚等量的正电荷。

问题：在电场中不带电导体内的自由电子还没来得及运动的瞬间，导体内的电场强度为零吗？
结论：不为零。正因为有场强，才导致自由电子定向移动而使导体带电。
问题：自由电子定向移动的结果，对导体中的电场强度有何影响？
分析：导体内自由电子移动的结果，使导体一端带上负电，另一端带上正电。此时，导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了，而是有场源带电体产生的电场E和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场E′，E与E′方向相反，叠加后使导体内的电场强度减弱。只要导体中的电场强度不为零，导体中的自由电子就会受电场力作用而定向移动，使E′增强，导致E与E′的合电场再减弱，如上图。直到导体内部各点的合场强都等于零时为止，这时导体内的自由电子不再受电场力，不再做定向移动，如下图。

当导体中的电荷不再定向移动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。
(2)静电平衡状态
导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。
(用多媒体模拟静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过程)
(3)静电平衡的条件
问题：通过以上分析，处于静电平衡状态的导体，其内部场强有何特点？
处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。
内部的场强指源电场与感应电荷电场的合场强。
R
L
＋q
O
思考讨论
长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图，达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？
解答：达静电平衡后，O点处场强为零，则E感＝E源＝kEQ\F(Q,(R＋L/2)2)，E感方向与E源方向相反，即指向点电荷＋q。
(4)静电平衡导体的特点
从静电平衡的条件出发可以得到如下的几点推论：
①处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。
用反证法分析：如果表面上某一点的场强方向与该点的表面不垂直，该点的场强应有沿表面的切向分量，就会使导体表面的电荷发生宏观的定向移动，这与静电平衡是矛盾的，故处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。
②处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体的外表面上。
提问：处于静电平衡状态的导体，其内部会不会有净电荷？
用反证法分析：处于静电平衡状态的导体，其内部如有净电荷，则此电荷必然产生电场，因而导体内部的电场强度就不为零，导体内部的自由电子会受电场力而移动，这与静电平衡是矛盾的，故内部不会有净电荷。
演示证明：
a．取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的金属圆筒C（叫法拉第圆筒），使C带电，B的箔片张开，用有绝缘柄的金属小球D先与C外表面接触一下，再让D与A的金属球接触一下，如此重复多次，发现A的箔片渐渐张开。
结论：说明C的外表面上有电荷；
b．重做上边实验，让D与C的内表面接触一下，再与不带电的A的金属球接触一下，如此反复多次，发现A的箔片始终闭合。
结论：说明C的内表面不带电。
刚才实验中的C带电后，属于一孤立的带电体，稳定后也处于静电平衡状态。
总结：静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面