静电平衡教案及例题
一、教学目标
(一)知识目标
1. 理解静电平衡状态的定义。
2. 理解金属导体在点电荷附近到无限远处的净电荷分布规律。
3. 理解导体的净电荷只分布在导体的外表面上。
(二)能力目标
1. 会运用静电感应定律分析问题。
2. 通过实例分析培养学生的抽象概括能力和分析能力。
(三)情感目标
通过导体内部没有净电荷的结论，对学生进行一次辩证唯物主义教育，明确科学家的认识总是逐步加深的，要勇于克服困难，大胆探索。
二、教学重点和难点
(一)教学重点
1. 静电平衡状态的定义。
2. 导体的净电荷只分布在导体的外表面上。
(二)教学难点
培养学生的抽象概括能力和分析问题能力。
三、教学过程
(一)导入新课：教师首先向学生介绍什么是静电平衡，静电平衡是导体在外电场作用下产生静电感应现象，感应出的电荷只分布在导体表面，则导入新课。
(二)讲授新课：教师首先向学生说明静电平衡状态的定义，并指出在静电场中移动的电荷处于静电平衡状态时，导体内部任何一点，其电势都与外界电势相等。并向学生提出几个问题，如导体静电平衡时内部没有净电荷意味着什么？导体静电感应现象中电子的定向移动方向与感应电荷在导体内产生的电场方向有什么关系？金属导体中自由电子移动方向有什么规律？如何推导导体内部电场强度的规律等？然后让学生阅读课文，教师对课文中的重点概念要加以讲解说明，以帮助学生理解。在学生对课文有一定理解后，教师可再提出一些例题让学生加以练习，以加深学生对所学知识的理解。最后教师要加以总结。
四、例题分析(投影)
例1一个点电荷$Q$放在长为$L$的金属导体中心处，试问在导体的两端将出现电势差？为什么？若将导体一端接地，接地处会出现什么情况？为什么？若将另一端接地，接地处又会出现什么情况？为什么？
例2一个半径为$R$的金属球被一个与它同轴的不透光圆筒所包围，圆筒内外半径分别为$r_{1}$和$r_{2}$，且$r_{2} > R > r_{1}$。在筒中存在一个与金属球同轴放置的点电荷$Q$，试求金属球上感应电荷在圆筒内外表面出现何种情况？为什么？金属球上的感应电荷将使筒内壁出现何种场强？筒外壁呢？为什么？金属球接地与否对金属球上的感应电荷有何影响？接地后金属球上的感应电荷与筒内壁间的电势差又是多少？为什么？
五、课堂小结：教师和学生共同总结静电平衡状态的定义和导体内部任何一点，其电势都与外界电势相等以及导体静电感应现象中电子的定向移动方向与感应电荷在导体内产生的电场方向有什么关系。并加以强调导体内部没有净电荷意味着什么。
六、布置作业：让学生课下思考课后习题并加以练习。
七、板书设计： 静电感应现象和静电平衡状态。
一、静电平衡状态的定义： 导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。
二、静电平衡状态的特点： 1.导体内部没有净电荷； 2.导体是等势体； 3.表面是等势面且表面附近的电场线一定与表面垂直。
三、导体的净电荷只分布在导体的外表面上。
静电平衡教案及例题
一、教学目标
(一)知识目标
1. 理解静电平衡状态的性质。
2. 理解金属导体在点电荷附近到无限远处的电势能的变化情况。
(二)能力目标
1. 培养学生观察、分析的能力。
2. 培养学生运用物理规律解决实际问题的能力。
(三)德育目标
通过本节教学，使学生了解静电平衡概念，认识静电平衡现象在生产、生活中的应用，培养学生理论联系实际的好习惯。
二、教学重点和难点
(一)重点
1. 静电平衡状态；
2. 金属导体在静电场中的平衡性质。
(二)难点
导体内部场强的理解。
三、教具
静电感应的实验装置、电容器、验电器等。
四、教学过程
(一)复习提问：什么是导体？什么是绝缘体？举例说明。
(二)引入新课：导体在静电场中的平衡状态。教师做静电感应的实验装置，说明导体在电场中是怎样平衡的。
(三)讲授新课：导体在静电平衡时，处于下列几种状态：
1. 导体内部没有电荷，电荷分布在外表面；
2. 导体内部没有电场；
3. 净电荷只能分布在导体的外表面上。
这就是静电平衡状态，要强调静电平衡状态是一种动态平衡，导体内部仍然有电荷的分布，只是电荷的分布不再随时间变化。教师引导学生分析处于静电平衡状态的导体有几个特点：内部场强处处为零；表面上的电荷密度呈镜面反射；导体是等势体，表面是等势面；导体压缩后撤开时，不论撤开前后是否带电，总是先放电而后恢复原状。并由此可向学生提出电容的概念，让学生讨论电容器的意义及决定因素等。教师再进一步分析导体中电场线与外表面交角的大小与什么因素有关？并利用电容器充电时的放电过程加深学生对静电平衡状态的理解。最后让学生阅读课文中有关内容，讨论以下问题：金属导体中自由电子的运动情况是怎样的？静电平衡状态中电荷分布在什么位置？静电平衡状态的导体为什么能导电？如何理解导体内部场强为零？并举例说明静电平衡在生活中的应用。通过讨论和教师点拨，使学生对静电平衡有较深的理解。
五、课堂小结：让学生总结本节课的主要内容，教师再作补充或强调。
六、例题讲解：让学生先分析解题思路，再对照答案加深对所学知识的理解。如课本中的一些习题，可让学生先做再讨论，最后教师总结出正确的答案和解题方法。
七、布置作业：让学生课后做一些练习题和阅读一些课外读物，加深对静电平衡状态的理解。
静电平衡教案
一、教学目标
（一）知识目标
1. 理解静电平衡状态的定义和特点。
2. 理解金属导体在点电荷附近到无限远处的电场线分布情况。
3. 掌握金属导体达到静电平衡时导体内部场强的分布规律。
（二）能力目标
1. 通过观察实验，培养学生的观察能力。
2. 通过讨论，培养学生的分析概括能力。
（三）情感目标
通过本节课的学习，使学生理解科学技术的发展需要理论物理的支持，从而培养他们严谨的科学态度。
二、教学重点和难点
重点：静电平衡状态的特点及导体内部场强的分布规律。
难点：对静电平衡状态特点的理解及掌握应用。
三、教具
多媒体课件、电场线分布图、导电性能良好的金属丝框演示模型。
四、教学过程
（一）复习引入新课
通过学习我们知道，点电荷产生的电场线是从正电荷出发，终止于负电荷，那么处于电场中的导体会不会产生电场呢？处于静电平衡状态的导体是个什么样子呢？这就是我们本节课要学习的内容。
（二）讲授新课
1. 静电平衡状态的定义：导体中（表面）各处的电场强度处处为零。
2. 静电平衡状态的特点：
（1）导体内部没有电荷；电荷只分布在导体的表面；在导体的外表面上，如果导体是规则的，则电荷分布处处均匀；如果导体是球形的，则电荷只分布在导体的外表面上，且表面是个等势面。
（2）达到静电平衡状态的导体是个等势体，其表面是个等势面，且任何两个表面间的电势差都为零。这是因为处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，而表面又是导体是个等势面，所以它们之间的电势差为零。
（3）处于静电平衡状态的导体的净电荷只分布在外表面上，且整个导体是中性的。这是因为导体内部的电荷受到静电感应的影响而分布在外表面上，所以总的净电荷为零。例如：一个导体与大地的接触，当它达到静电平衡时，它总是一个不带电的中性导体。
3. 金属导体在点电荷附近到无限远处的电场线分布情况：金属导体内部靠近点电荷处的电场线非常密集，离导体表面非常近，且与导体表面垂直；无穷远处电场线分布的比较稀疏。这样，导体内部靠近点电荷处场强非常密集，而导体表面附近处场强比较疏。
4. 静电平衡时导体内部场强的分布规律：处于静电平衡状态的导体，净电荷只分布在外表面上，且整个导体是中性的。因此，净电荷分布在导体表面上，且表面是个等势面，这样就使得内部的合场强处处为零。在点电荷形成的电场中，越靠近点电荷的地方场强越强，等势面越密集；而离点电荷距离增大时，等势面越来越疏。所以导体的内部不受电场影响，是中性的；而外部的电场线比较稀疏，因此导体的外部受电场影响较小。这样就使得处于静电平衡状态的整个导体是个等势体。例如：一个导体与大地的接触，当它达到静电平衡时，它是一个不带电的中性导体。同时由于净电荷分布在外表面上，也就使得整个导体是个良好的导电体。例如：一个金属棒接地后，由于它表面的净电荷分布在外表面上，所以它是一个良好的导电体。电流也就从这里流过。
5. 讨论：如何用实验证明金属棒达到静电平衡状态时是一个不带电的中性导体？此时金属棒两端出现电势差的原因是什么？如何解释？金属棒达到静电平衡时内部场强处处为零，净电荷只分布在外表面上，所以它是一个不带电的中性导体。由于棒上净电荷分布在外表面上，所以靠近大地的一端与大地接触后多余的负电荷就被导入大地了，这样棒两端就没有了电势差。当一个带正电的粒子与棒接触时，由于它对棒有吸引力作用是由于棒的感应电荷对带正电粒子的作用力与带正电粒子对棒的库仑力大小相等、方向相反的结果。由于棒的感应电荷产生的电场线比较疏远，所以带正电粒子受到的静电力方向就沿着带正电粒子与棒所形成的电力线方向由棒指向带正电粒子。因此当一个带正电的粒子与棒接触后就会受到一个吸引力作用而离开棒而运动起来。可见棒两端出现电势差的原因是由于棒上净电荷分布在外表面上所造成的。
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