高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第3节 电场与电场强度公开课教案设计

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eq \a\vs4\al(静电场)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(静电的产生,及微观解释)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(两种电荷：同种排斥、异种吸引,三种带电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电,电荷守恒定律)),库仑定律\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(内容,公式：F＝k\f(Q1Q2,r2),适用条件\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(真空中,点电荷\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(定义,特点)))))),电场强度\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(定义,公式：E＝\f(F,q),方向：正电荷所受静电力的方向,点电荷的电场：E＝\f(kQ,r2)（决定式）,场强的叠加)),电场线\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(定义,特点：不闭合、不相交、疏密表示电场强弱)),\a\vs4\al(静电的利用,与防护)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(利用\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(静电除尘,静电喷雾,激光打印)),防护\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(避雷针,加油站人体静电释放器))))))





科学思维——模型建构能力的培养





点电荷模型


1.建模背景：抓住主要矛盾，突出主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，来简化研究的问题，是物理学中常用的研究方法。如果两个带电体相距很远，它们之间的距离比它们每一个的线度大得多，其体积、形状、电荷分布对研究的问题影响很小甚至没有影响，这时可以忽略它的形状和大小，近似地认为每一个带电体的电荷都集中在一个点上，可将带电体看作点电荷。


2.模型特点：没有大小和形状，且具有电荷量的理想化模型，类似于力学中的质点。


[针对训练1] 如图所示，半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为＋Q的电荷，另一电荷量为＋q的点电荷放在球心处，由于对称性，点电荷受力为零。现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受静电力的大小为多少？方向如何？(已知静电力常量为k)





解析 由于球壳上均匀带电，原来每条直径两端相等的一小块面积上的电荷对球心处点电荷＋q的库仑力相互平衡。当在球壳上挖去半径为r的小圆孔后，因为是绝缘球壳，其余部分的电荷分布不改变，所以其他直径两端的电荷对球心处点电荷＋q的作用力仍相互平衡，剩下的就是与小圆孔相对的半径也为r的一小块圆面上的电荷对它的作用力。又因为r≪R，所以这一带电小圆面可看成点电荷，库仑定律适用。小块圆面上的电荷量为


q′＝eq \f(πr2,4πR2)Q＝eq \f(r2,4R2)Q


根据库仑定律，它对球心处的点电荷＋q的库仑力大小


F＝eq \f(kq′q,R2)＝keq \f(\f(r2,4R2)Qq,R2)＝eq \f(kqQr2,4R4)


其方向由球心指向小圆孔中心。


答案 见解析


[针对训练2] (多选)下列说法正确的是( )


A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷


B.均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷


C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷


D.带电的金属球一定不能视为点电荷


解析 带电体能否视为点电荷，决定于其大小、形状及电荷量分布对所研究问题的影响是否可以忽略不计。同一个带电体可能在有的问题里面可视为点电荷，但在其他问题里面则不可以，故选项A、D错误，C正确；均匀带电的绝缘球体带电荷量的分布不受其他带电体的影响，可等效为一个带等量电荷、位于球心的点电荷，故选项B正确。


答案 BC


科学态度与责任——静电在生活、科技中的应用及危害


一、静电的危害


静电不能像电线中的电荷那样定向移动，所以被称之为静电荷，简称静电。生活中常见的静电对人体基本无害，但有些静电也有危害。例如，飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备正常工作；此外，在煤矿里，静电会引起瓦斯爆炸等。





二、静电的应用


静电应用是指利用静电感应、高压静电场的气体放电等效应和原理，实现多种加工工艺和加工设备。在电力、机械、轻工、纺织、航空航天以及高技术领域有着广泛的应用。


静电除尘和分选，静电除尘是利用静电场的作用来除尘的。


1.静电喷涂、静电纺纱、静电植绒、静电复印、静电制版等。如静电消除棒。





2.在高技术领域的应用 静电在高技术领域也得到一些应用，主要有：①静电火箭发动机。②静电轴承。③静电陀螺仪，又称电浮陀螺，是陀螺传感器的一种。④静电透镜，是电子透镜中的一种。


[针对训练3] 电视机的荧光屏表面经常有许多灰尘，主要的原因是( )


A.灰尘的自然堆积


B.玻璃具有较强的吸附灰尘的能力


C.电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘


D.电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘


答案 D


[针对训练4] 下列关于电在生活中的应用说法正确的是( )








解析 A.大厦顶部的避雷针用来将雷电导向大地，所以用导体制成，故A错误；B.油罐车尾部拖着一条铁链可以将静电导入大地，故B正确；C.保险丝用电阻大熔点低的材料制成，这样才能保证在电流过大时及时熔断，对电路起保护作用，故C错误；D.电炉子是利用电流的热效应工作，不是利用电流的磁效应，故D错误。


答案 B