第4节电场中的导体
开课教师：李斐
一、教学目标
1．知识与能力：
（1）掌握场强叠加原理
（2）了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；
（3）理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；
（4）了解静电屏蔽现象。
（5）通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。
2．过程与方法：
（1）通过实验探究，认识科学探究的意义和基本过程．
（2）让学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣．
3．情感态度价值观：
物理学是以实验为基础的一门学科，通过物理实验得到物理规律，这是进行物理研究的重要方法。
二、教学重点、难点
1．场强叠加原理、静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等，这是重点。
2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因，这是难点。
三、教学方法：
实验演示，计算机辅助教学
四、教具：
1．演示静电感应：起电机（一台）、验电球、验电器（一个），带有绝缘支架金属球一个。
2．静电屏蔽演示：金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。
4．计算机、大屏幕、自制CAI 课件。
五、教学过程：
（一）导入新课
复习库仑定律：真空中两个点电荷之间的相互作用力F 的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r 的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。
问：如果真空中存在A 、B 、C3个点电荷，那么其中某个点电荷A 的受力情况怎样？受到其他两个点电荷的库仑力，这两个力不会互相影响. ――独立作用原理；而且这两个力的合力满足平行四边形法则――矢量叠加原理。（演示flash 动画：两个不在同一直线的库仑力的合成）
（二）新课教学
上节课我们学过电场强度这概念，回忆一下我们是怎样定义它的？
将不同电量的试探电荷放入电场中同一点，我们将发现试探电荷所受的库仑力大小和其电量的比值是个常数，这个常数就是电场强度即
（接上例）如果真空中存在A 、B 、C3个点电荷，通过上个例子我们已知A 所受的合力为BC 对它的矢量和，那么点电荷A 处的场强？„„„..
一．场强叠加原理（多个点电荷周围电场场强分布情况的确定）
1. 独立性原理
各个点电荷在场点均独立产生电场——互不干扰
2. 矢量叠加原理
电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和。——几何叠加法
3. 电场叠加遵从的法则平行四边形法则（演示flash 动画）
例两个相距很近的等量异种电荷组成的系统叫做电偶极子。如图所示，P 为电偶极子延长线上距其中点O 为r 的点，求P 点处的电场强度。
解：P 到－q 和+q的距离分别为r+和r －，所以－q 和+q在P 点产生的场强大小分别为E-= E+=
它们的场强为
二．静电平衡与静电屏蔽
（实验1静电感应）摇动起电机。将一个鳄鱼夹靠近验电器，可观察到金属箔张开
1什么叫静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。
①本实验中距A 近端（B 端）的电荷是正电荷还是负电荷？距A 远端（C 端）呢？根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A 近端（B 端）有与A 异号的电荷，距A 远端（C 端）电荷与A 同号。
（2）感应电荷
②什么是感应电荷？静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。 ③静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动会不会一直运动下去？
2．静电平衡
导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷电场与原电场的合场强为零。（演示flash 动画：处于电场中导体的静电感应过程）
①什么是静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。
②导体内部电场的特征是什么？导体内部处处场强为零。
③那电荷分步在导体的什么位置上？电荷只能分布在导体外表面上。
（演示flash 动画： 法拉第圆筒实验。）
在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。
（法拉第圆筒实验。）
先用起电机使筒A 带电，至A 中箔片张开为止，利用验电球B 可先从A 外表面接触，再与验电器金属球C 接触，反复几次后，可明显地看到C 金属箔张开，可说明A 外表面有电荷。
若使B 与A 内壁接触后再与C 接触，则C 金属箔将不张开，可验证A 内壁无电荷。
总结静电场中导体的特点：处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。
3．静电屏蔽
实验2
先使A 带电，然后移近验电器B ，由于静电感应，B 的金属箔片张开，若把B 置于金属网罩中，可发现B 的金属箔片不张开。
简单分析：金属网罩内无电场。
任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。
(1)．静电屏蔽：导体壳或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽．
(2)．解释：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响．（演示flash 动画）
(3)．静电屏蔽的应用
①电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰．
②电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业．
（三）例题（见课件）
1．如图所示，A 带正电，若导体C 端接地，问B 、C 端各带什么电荷？（B 端带负电荷，C 端无净电荷）
若此时断开C 与地的连线， B 、C 端带什么电荷？（B 端负电荷，C 端无电荷）整个导体净余什么电荷？（负电荷）
若B 端接地，整个导体净余什么电荷？（负电荷）
（四）课件演示，课堂小结
1．场强叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，则电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和
2．静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。
基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零；电荷只分布在导体的外表面。 注意：这里的“场强”，指的是合场强。
3．静电屏蔽：导体壳可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
（五）布置作业
1．复习本节课文。
第4节电场中的导体
开课教师：李斐
一、教学目标
1．知识与能力：
（1）掌握场强叠加原理
（2）了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；
（3）理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；
（4）了解静电屏蔽现象。
（5）通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。
2．过程与方法：
（1）通过实验探究，认识科学探究的意义和基本过程．
（2）让学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣．
3．情感态度价值观：
物理学是以实验为基础的一门学科，通过物理实验得到物理规律，这是进行物理研究的重要方法。
二、教学重点、难点
1．场强叠加原理、静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等，这是重点。
2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因，这是难点。
三、教学方法：
实验演示，计算机辅助教学
四、教具：
1．演示静电感应：起电机（一台）、验电球、验电器（一个），带有绝缘支架金属球一个。
2．静电屏蔽演示：金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。
4．计算机、大屏幕、自制CAI 课件。
五、教学过程：
（一）导入新课
复习库仑定律：真空中两个点电荷之间的相互作用力F 的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r 的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。
问：如果真空中存在A 、B 、C3个点电荷，那么其中某个点电荷A 的受力情况怎样？受到其他两个点电荷的库仑力，这两个力不会互相影响. ――独立作用原理；而且这两个力的合力满足平行四边形法则――矢量叠加原理。（演示flash 动画：两个不在同一直线的库仑力的合成）
（二）新课教学
上节课我们学过电场强度这概念，回忆一下我们是怎样定义它的？
将不同电量的试探电荷放入电场中同一点，我们将发现试探电荷所受的库仑力大小和其电量的比值是个常数，这个常数就是电场强度即
（接上例）如果真空中存在A 、B 、C3个点电荷，通过上个例子我们已知A 所受的合力为BC 对它的矢量和，那么点电荷A 处的场强？„„„..
一．场强叠加原理（多个点电荷周围电场场强分布情况的确定）
1. 独立性原理
各个点电荷在场点均独立产生电场——互不干扰
2. 矢量叠加原理
电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和。——几何叠加法
3. 电场叠加遵从的法则平行四边形法则（演示flash 动画）
例两个相距很近的等量异种电荷组成的系统叫做电偶极子。如图所示，P 为电偶极子延长线上距其中点O 为r 的点，求P 点处的电场强度。
解：P 到－q 和+q的距离分别为r+和r －，所以－q 和+q在P 点产生的场强大小分别为E-= E+=
它们的场强为
二．静电平衡与静电屏蔽
（实验1静电感应）摇动起电机。将一个鳄鱼夹靠近验电器，可观察到金属箔张开
1什么叫静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。
①本实验中距A 近端（B 端）的电荷是正电荷还是负电荷？距A 远端（C 端）呢？根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A 近端（B 端）有与A 异号的电荷，距A 远端（C 端）电荷与A 同号。
（2）感应电荷
②什么是感应电荷？静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。 ③静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动会不会一直运动下去？
2．静电平衡
导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷电场与原电场的合场强为零。（演示flash 动画：处于电场中导体的静电感应过程）
①什么是静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。
②导体内部电场的特征是什么？导体内部处处场强为零。
③那电荷分步在导体的什么位置上？电荷只能分布在导体外表面上。
（演示flash 动画： 法拉第圆筒实验。）
在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。
（法拉第圆筒实验。）
先用起电机使筒A 带电，至A 中箔片张开为止，利用验电球B 可先从A 外表面接触，再与验电器金属球C 接触，反复几次后，可明显地看到C 金属箔张开，可说明A 外表面有电荷。
若使B 与A 内壁接触后再与C 接触，则C 金属箔将不张开，可验证A 内壁无电荷。
总结静电场中导体的特点：处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。
3．静电屏蔽
实验2
先使A 带电，然后移近验电器B ，由于静电感应，B 的金属箔片张开，若把B 置于金属网罩中，可发现B 的金属箔片不张开。
简单分析：金属网罩内无电场。
任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。
(1)．静电屏蔽：导体壳或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽．
(2)．解释：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响．（演示flash 动画）
(3)．静电屏蔽的应用
①电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰．
②电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业．
（三）例题（见课件）
1．如图所示，A 带正电，若导体C 端接地，问B 、C 端各带什么电荷？（B 端带负电荷，C 端无净电荷）
若此时断开C 与地的连线， B 、C 端带什么电荷？（B 端负电荷，C 端无电荷）整个导体净余什么电荷？（负电荷）
若B 端接地，整个导体净余什么电荷？（负电荷）
（四）课件演示，课堂小结
1．场强叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，则电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和
2．静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。
基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零；电荷只分布在导体的外表面。 注意：这里的“场强”，指的是合场强。
3．静电屏蔽：导体壳可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
（五）布置作业
1．复习本节课文。