静电屏蔽教学设计

王勇

一、教育设计思想

本节课的关键在于让学生理解放入电场中的导体如何达到静电平衡的过程，让学生清楚处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，在此基础上理解静电屏蔽及其应用。鉴于学生刚刚开始接触电场的概念，对电场的理解还比较模糊和生疏，因此对放入电场中的导体如何到达静电平衡的过程，教师可采用设问并让学生自己解决的方法，让所有学生在学习的过程中都能有所思，进一步加强学生对电场的理解，同时锻炼和培养学生逻辑思维能力和推理能力，让学生能够从科学的角度理解放入电场中的导体从不平衡到到达静电平衡的过程，这样可以很自然地得到处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，静电屏蔽实际上是这一点的应用，到此学生应该很容易理解静电屏蔽的原理。

物理学是一门以实验为基础的学科，教师在教学过程中应该让学生观察物理实验，尊重实验事实，并能够寻求恰当的方法，通过合理的推理和验证来揭示和总结物理现象背后的物理本质。因此，这一节课应该以实验为主线来组织教学，让学生观察实验，总结物理规律，并能作出合理的解释。

二、教育教学目标

（1）教学学习目标：①理解静电感应发生的过程。②建立静电平衡的概念。③理解静电屏蔽及其应用。

（2）教学情感目标：学生在学习的过程中，通过思考和想象、合作与交流，理解静电屏蔽现象并能科学地加以解释，从而获得成功的体验。

（3）教学德育目标：在教学过程中，强调科学与人文教育相结合，引领学生热爱大自然，通过科学的教育方法，使学生综合素质得到提高。

三、教学准备

（1）实验器材准备：验电羽、验电器、高压感应线圈、感应起电机、金属导体球、金属网罩、法拉第笼、绝缘材料。

（2）教育教学准备：把学生分成几个小组，在教学过程中适时适当地进行讨论、合作和交流，培养学生团结协作的能力和与他人相处的能力。

四、教学过程

实验一：通过高中物理课本（人教版修订本）序言中的一个实验引入新课，课本中是用感应起电机给装有小鸟的金属笼带电，而金属笼中的小鸟安然无恙。此处为了加强实验的演示效果和方便操作，将感应起电机换成用高压感应线圈对金属笼放电，提出问题，让学生带着问题开始思考和学习。

（1）静电感应。

实验二：静电感应实验。这一段的教学主要采用学生观察实验并加以解释的方法，让学生建立静电感应的概念，并明白感应电荷的含义。放入电场中的导体，导体内部的自由电荷由于受到电场力的作用，将在导体内部重新分布，这种放在电场中的导体，自由电荷重新分布的现象，叫静电感应现象。此时导体两端出现的电荷叫感应电荷。

（2）静电平衡。

A.此处用以下几个问题，让学生结合课本研究静电平衡的过程。

①图中“ ”表示放入匀强电场E0中的一段导体中的一些自由电子，匀强电场E0方向水平向右，请在图中作出匀强电场E0对这些自由电荷的电场力的示意图。②你认为这些自由电子在电场力的作用下将向哪一端迁移，迁移的结果将使导体左右两侧分别堆积何种感应电荷？ ③感应电荷建立的电场分布情况如何，请在图中画出感应电荷建立的电场电场线的大致分布。④请在图中画出感应电荷建立的电场对这些自由电子的电场力示意图。⑤随着两端堆积的电荷越来越多，感应电荷的电场越来越强，最终是否还会有电荷的定向移动？⑥最终感应电荷建立的电场与外电场叠加后，导体内部场强应为多少？

B.最终引导学生得出结论： ①标志：自由电荷停止定向移动；②特点：导体内部场强处处为零。

（3）静电屏蔽。

①根据处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零的特点，引导学生理解静电屏蔽的含义：导体壳可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。

实验三：静电屏蔽实验。用感应起电机让金属导体球带电，导体球能够使放在它附近的验电羽张开，而用金属网罩将验电羽罩住之后，让金属导体球带电，验电羽将不会受到任何影响。该实验由学生自己动手做，亲自感受静电屏蔽并能作出合理的解释。

实验四：法拉第笼实验。用高压电电击金属网做成的金属笼，笼内站一人，笼内的人不受任何影响，而且可以用手触摸金属笼内壁，不会受任何影响。

②静电屏蔽的应用。1）高压带电作业时所用的屏蔽服。让学生观察工人高压作业的图片，想象屏蔽服的结构并作出解释。2）通信电缆外面包一层铅皮。

③空腔导体外部的屏蔽。

实验五：用感应起电机给金属导体球带电，导体球与一个验电羽用一个金属笼罩住，另一个验电羽放在金属笼外，当给导体球带电时，内外两个验电羽都张开，当把金属笼接地时，笼内验电羽依然张开，而笼外验电羽不张开。

该实验由学生自己动手做实验，引导学生得出结论：不接地时，笼内、外场强均不为零，而金属笼接地后，笼内场强不为零，而笼外场强为零。（由教师引导学生分析球壳内部放入点电荷，不接地时电场的分布情况，再分析接地后电场的分布情况，从而作出解释）

五、教学流程

实验一：鸟笼实验？陴静电平衡概念？陴静电平衡特点？陴静电屏蔽概念？陴学生分组实验？陴法拉第笼实验？陴生活中的应用。

六、教学反思

本节课的关键在于让学生理解静电平衡的过程，在此基础上理解静电屏蔽的原理并能够加以利用，但鉴于电场本身的抽象性，学生刚刚开始接触电场的概念，对电场的分布和特性都还不十分熟悉，再加上导体内部的自由电荷做的无规则运动，学生不太容易想清楚放入电场中的导体自由电荷将怎样运动，这种运动无法用实验展示，因此采用动画模拟放入电场中的导体中的自由电荷的定向移动过程，应该对学生理解这个过程有一定帮助，但从科学的角度来分析，电子真实的运动情况是否真的如此还有待商榷，怎样能够更准确、更形象、更真实地模拟电荷运动还有待进一步探讨。

（云南师大附中）