《电磁学》课程授课教案（教学设计）第6节 金属导体的静电平衡

第6教学节段教学设计方案$ 2-1主题课时数导体的静电平衡45分钟名称条件1、静电感应现象；教学主要内容2、静电平衡状态。1.了解金属导体的电结构：教学目标要求2.理解静电感应现象和静电平衡状态；3.掌握静电平衡条件教学重点：导体静电平衡过程以及条件的分析教学重点及难点教学难点：导体的静电平衡条件教学方法：课堂讲授，结合课堂讨论、提问、启发教学方法与教学手段教学手段：PPT配合传统板书flash动画演示

1 第 6 教学节段教学设计方案 主题 名称 §2-1 导体的静电平衡 条件 课时数 45 分钟 教学主要内容 1、静电感应现象； 2、静电平衡状态。 教学目标要求 1.了解金属导体的电结构； 2.理解静电感应现象和静电平衡状态； 3.掌握静电平衡条件 教学重点及难点 教学重点： 导体静电平衡过程以及条件的分析 教学难点： 导体的静电平衡条件 教学方法与教学手段 教学方法： 课堂讲授，结合课堂讨论、提问、启发 教学手段： PPT 配合传统板书 flash 动画演示

教学过程设计要点、新知识的引入若将导体放在静电场中，导体和静电场之间会产生相互作用、相互影响，最终达到静电平衡。提问：何谓静电平衡状态？以及导体达到静电平衡的条件是什么？二、新知识的讲解（一）金属导体的电结构特点从微观角度来看：金属导体是由带正电的晶格点阵和自由电子构成，晶格不动，相当于骨架而自由电子可自由运动，充满整个导体，是公有化的。无外电场时：方面：金属导体中的自由电子做无规则的热运动另一方面：当没有外电场时，导体中的正负电荷等量均匀分布，宏观上呈电中性。（二）静电感应现象

2 教学过程设计要点 一、 新知识的引入 若将导体放在静电场中，导体和静电场之间会产生相互作用、相互影响， 最终达到静电平衡。 提问：何谓静电平衡状态？以及导体达到静电平衡的条件是什么？ 二、新知识的讲解 （一）金属导体的电结构特点 从微观角度来看： 金属导体是由带正电的晶格点阵和自由电子构成，晶格不动，相当于骨架， 而自由电子可自由运动，充满整个导体，是公有化的。 无外电场时： 一方面：金属导体中的自由电子做无规则的热运动； 另一方面：当没有外电场时，导体中的正负电荷等量均匀分布，宏观上呈 电中性。 （二）静电感应现象

当导体处于外电场E。中时，电子受力后作定向运动，引起导体中电荷的重新分布。结果在导体一侧因电子的堆积而出现负电荷，在另一侧因相对缺少负电荷而出现正电荷。若把导体放在静电场中，导体中的自由电子将在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。（三）静电平衡状态1、分析矩形导体放在静电场中的情形++re-0++在匀强电场中放入一块金属导体板，在电场力的作用下，金属板内部的自由电子将逆着电场的方向运动，使得金属板的两个侧面出现了等量异号的电荷。这些电荷将在金属板的内部建立一个附加电场，其场强E·与原来的场强E。的方向相反。这样金属板内部的场强E就是E。和E的叠加。开始时，E'<E。，金属板内部的场强不为零，自由电子继续运动，使得E·增大。这个过程一直延续到E'=E。即导体内部的场强为零时为止。此时导体内没有电荷作定向运动，导体处于静电平衡状态。3

3 当导体处于外电场 E0 中时，电子受力后作定向运动，引起导体中电荷 的重新分布。结果在导体一侧因电子的堆积而出现负电荷，在另一侧因相 对缺少负电荷而出现正电荷。 若把导体放在静电场中，导体中的自由电子将在电场力的作用下作宏观 定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。 （三）静电平衡状态 1、分析矩形导体放在静电场中的情形 在匀强电场中放入一块金属导体板，在电场力的作用下，金属板内部的 自由电子将逆着电场的方向运动，使得金属板的两个侧面出现了等量异号 的电荷。这些电荷将在金属板的内部建立一个附加电场，其场强 E   与原来 的场强 E 0  的方向相反。这样金属板内部的场强 E  就是 E 0  和 E   的叠加。 开始时， E E0   ，金属板内部的场强不为零，自由电子继续运动，使得 E   增 大。这个过程一直延续到 E ＝E0  即导体内部的场强为零时为止。此时导体内 没有电荷作定向运动，导体处于静电平衡状态

+EE自由电子定向运动静电平衡状态2、静电平衡状态导体内部和表面都没有电荷的宏观定向运动的状态，称为导体的静电平衡状态。3、静电平衡条件—导体达到静电平衡时必须满足的条件（1）用电场表示：。导体内部任一点的场强为零；若不为零，则自由电子将作定向运动，即没有达到静电平衡状态。·在紧靠导体表面处的场强，都与导体的表面垂直。假设导体表面电场强度有切向分量，E，=0E常则自由电子将沿导体表面有宏观定向运动，F导体未达到静电平衡状态，蜗=0（2）用电势表示：导体是个等势体；：E丙=0 Upo=]E·dl=0导体表面是等势面。:E,=0

4 自由电子定向运动 静电平衡状态 2、静电平衡状态 导体内部和表面都没有电荷的宏观定向运动的状态，称为导体的静电平衡 状态。 3、静电平衡条件 —— 导体达到静电平衡时必须满足的条件 （1）用电场表示：  导体内部任一点的场强为零； 若不为零，则自由电子将作定向运动，即没有达到静电平衡状态。  在紧靠导体表面处的场强，都与导体的表面垂直。 假设导体表面电场强度有切向分量，  0 E   则自由电子将沿导体表面有宏观定向运动， 导体未达到静电平衡状态， （2）用电势表示：  导体是个等势体；  0 内 E      0  Q P PQ U E dl   ；  导体表面是等势面。  0 E   

对于导体表面上任何两点P,α，Upe=J°E.di=0三、小结：本节结合金属导体电结构的特点，分析了将导体置于静电场中产生的静电感应现象，以及静电平衡状态的到达过程，总结出导体处于静电平衡所需满足的条件。静电平衡条件是本节的重点，利用它可进一步研究导体静电平衡的性质。一、金属导体电结构的特点二、静电感应现象三、静电平衡1、静电平衡状态导体内部和表面都没有电荷的宏观定向运动的状态2、静电平衡条件教学板书设计（1）用电场表示：导体内部任一点的场强为零；。在紧靠导体表面处的场强，都与5导体的表面垂直。（2）用电势表示：·导体是个等势体；导体表面是等势面作业与思考思考题：教材98页：2-1;2-2作业：教材99页：2-1;2-3

5 对于导体表面上任何两点 P,Q ，    0  Q P PQ U E dl   三、 小结： 本节结合金属导体电结构的特点，分析了将导体置于静电场中产生的静电 感应现象，以及静电平衡状态的到达过程，总结出导体处于静电平衡所需 满足的条件。静电平衡条件是本节的重点，利用它可进一步研究导体静电 平衡的性质。 教学板书设计 一、金属导体电结构的特点 二、静电感应现象 三、静电平衡 1、静电平衡状态 导体内部和表面都没有电荷的宏观 定向运动的状态 2、静电平衡条件 （1）用电场表示：  导体内部任一点的场强为零；  在紧靠导体表面处的场强，都与 导体的表面垂直。 （2）用电势表示：  导体是个等势体； 导体表面是等势面 作业与思考 思考题:教材 98 页:2-1;2-2 作业: 教材 99 页:2-1;2-3 + + ++ + + + + +

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