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1、2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.4《電場(chǎng)中的導(dǎo)體》 WORD教案4
［課時(shí)安排］1課時(shí)
［教學(xué)目標(biāo)］：
1. 知識(shí)與技能
（1） 了解靜電平衡狀態(tài)，能應(yīng)用場(chǎng)強(qiáng)疊加的原理解釋靜電平衡狀態(tài)。
（2） 了解靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用
（3） 通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分 析推理，培養(yǎng)學(xué)生分析推理能力
2. 過(guò)程與方法：進(jìn)一步理解比值定義法
3. 情感態(tài)度價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)以致用的觀念
［教學(xué)重點(diǎn)］：靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性，即其電荷分布、電場(chǎng)分布、電勢(shì)等，
［教學(xué)難點(diǎn)］：運(yùn)用電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)，分析、推理出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的成因
［教學(xué)器材］：
2、靜電屏蔽演示——金屬網(wǎng)罩（一個(gè)），帶絕緣支架金屬球，驗(yàn)電器。
［教學(xué)方法］：實(shí)驗(yàn)探究，討論，講授
［教學(xué)過(guò)程］
復(fù)習(xí)導(dǎo)入：
回顧以下問(wèn)題：
（1） 電場(chǎng)強(qiáng)弱如何描述？
（2） 回顧電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
新課教學(xué)
1、 場(chǎng)強(qiáng)的疊加
對(duì)于多個(gè)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，如何確定空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度？
兩個(gè)電荷+Q和－Q同時(shí)存在時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明它們產(chǎn)生的電場(chǎng)互相獨(dú)立、互不影響，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是E1和E2疊加的結(jié)果，遵從平行四邊形法則。
例一（課本P21）：兩個(gè)相距很近的先是異種電荷組成的系統(tǒng)叫做電偶極子。如圖所示，P為電偶極子延長(zhǎng)線上距中點(diǎn)O為r的點(diǎn)，求P點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度
解：詳見(jiàn)P21-2
3、2
2、回顧靜電感應(yīng)：
圖1
導(dǎo)體在電場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體上的自由電荷受電場(chǎng)力作用發(fā)生定向移動(dòng)使兩端出現(xiàn)不同的電荷分布（如右圖1）。
實(shí)驗(yàn)1（如圖2）： 利用起電機(jī)使絕緣金屬球帶電，從而產(chǎn)生電場(chǎng)，把感應(yīng)電機(jī)靠近A擺放，且接觸良好。
將不帶電驗(yàn)電球A先與B接觸，再與驗(yàn)電器金屬球D接觸，如此反復(fù)，可見(jiàn)D金屬箔張開(kāi)。同樣，可讓A與C接觸，再與E接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)E金屬箔也張開(kāi)。
由此可知B、C兩端帶電。
此時(shí)，若將A上電荷放掉，讓A與C接觸后與D接觸，反復(fù)幾次，可見(jiàn)D金屬箔張角變小，可見(jiàn)B、C兩端電荷異號(hào)。
可用A與B、C中部接觸的，再與驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器金屬箱不張開(kāi)，電荷分布在兩端。
4、同理可分析A 帶負(fù)電荷時(shí)，感應(yīng)電機(jī)上電荷分布。
3、 靜電平衡：
靜電感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱為感應(yīng)電荷。
板書(shū)：1、靜電感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體不同部分出現(xiàn)的凈電荷稱為感應(yīng)電荷。
教師提問(wèn)：靜電場(chǎng)中導(dǎo)體上自由電荷受電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)會(huì)不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去？
圖3
學(xué)生討論。（師提示：先移動(dòng)的感應(yīng)電荷會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)？它們的場(chǎng)方向如何？會(huì)對(duì)其它自由電荷產(chǎn)生什么影響？）
得出結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，自由電荷受力，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布。重新分布的電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，這種感應(yīng)電場(chǎng)與原電場(chǎng)反向疊加，阻礙電荷定向移動(dòng)。（如右圖3）導(dǎo)體中的合電場(chǎng)越來(lái)越小，直至最
5、后無(wú)電荷定向移動(dòng)為止，這時(shí)感應(yīng)電荷電場(chǎng)與原電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。
板書(shū)： 2、靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體上處處無(wú)電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。
圖4
3、靜電平衡時(shí)的特征：A、導(dǎo)體內(nèi)部處處場(chǎng)強(qiáng)為零。
我們?cè)谶@個(gè)特征基礎(chǔ)上進(jìn)行推論，可得靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的其他特點(diǎn)。
板書(shū)： B、處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上。
可采用反證法，若導(dǎo)體內(nèi)部有凈電荷，電荷周圍有電場(chǎng)，那么導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度將不為零，電荷將發(fā)生定向移動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)2 法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)。
先用起電機(jī)使筒A帶電，至A中箔片張開(kāi)為止，利用驗(yàn)電球B可先從A外表面接觸，再與驗(yàn)電器金屬球C接觸，反復(fù)幾次后，可明顯地看到C金屬箔張開(kāi)，可說(shuō)明A外表面
6、有電荷。
若使B與A內(nèi)壁接觸后再與C接觸，則C金屬箔將不張開(kāi)，可驗(yàn)證A內(nèi)壁無(wú)電荷。
演示實(shí)驗(yàn)：模擬導(dǎo)體表面的電場(chǎng)線分布。
板書(shū)： C、處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體表面上任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)表面垂直。
如果我們沿導(dǎo)體表面移動(dòng)電荷，則電荷所受電場(chǎng)力因?yàn)榕c場(chǎng)強(qiáng)在同一直線上，所以電場(chǎng)力也與導(dǎo)體表面切向垂直，這種情況下，電場(chǎng)力是不做功的。而在導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)又為零，所以移動(dòng)電荷時(shí)沒(méi)有電場(chǎng)力做功。
板書(shū)： D、導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體表面上移動(dòng)電荷時(shí)，電場(chǎng)力都不做功。
圖6
綜上所示：靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部處處E=0（強(qiáng)調(diào)是合場(chǎng)強(qiáng)，而非原電場(chǎng)強(qiáng)度和感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度），電荷只分布在外表面上，導(dǎo)體表面上的場(chǎng)強(qiáng)處處都與該點(diǎn)表面切
7、線垂直。在導(dǎo)體內(nèi)任兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力做功為零。
4、 靜電屏蔽
實(shí)驗(yàn)3：先使A帶電，然后移近驗(yàn)電器B，由于靜電感應(yīng)，B的金屬箔片張開(kāi)，若把B置于金屬網(wǎng)罩中，可發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片不張開(kāi)。
這是什么原因呢？請(qǐng)大家用剛剛所學(xué)的知識(shí)來(lái)解釋一下。
分析：金屬網(wǎng)罩上處于A上正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，網(wǎng)罩上的電荷重新分布，最后達(dá)到靜電平衡。此時(shí)，網(wǎng)罩內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零，即金屬網(wǎng)罩內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。所以驗(yàn)電器上的電荷不出現(xiàn)重新分布，在箔片上不帶電，所以不張開(kāi)。
這時(shí)的電場(chǎng)線是什么形狀的呢？——讓學(xué)生嘗試描繪。
演示實(shí)驗(yàn)——模擬靜電感應(yīng)中達(dá)到靜電平衡時(shí)的導(dǎo)體的電場(chǎng)線分布。
從實(shí)驗(yàn)中可以知道，金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)遮住，使其內(nèi)部不受外電場(chǎng)影響，這就是靜電屏蔽現(xiàn)象。
隨堂鞏固練習(xí)：
圖7
（1）長(zhǎng)L的不帶電導(dǎo)體桿放于點(diǎn)電荷+Q（距桿左端為r）附近達(dá)到靜電平衡后，求：桿中點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度及桿上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。（解：如圖7，因?yàn)闂U處于靜電平衡狀態(tài)，故該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E=0；由+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度和感應(yīng)電荷電場(chǎng)合成。EQ＋E感=E=0，所以）
作業(yè)：書(shū)P23/1~3；
［教學(xué)反思］：
2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.4《電場(chǎng)中的導(dǎo)體》 WORD教案4
