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地点:沈阳市第27中学(路不熟也怕堵车,一大早来到学校)
课题:§1.7静电现象的应用[3-1]
目标:1、知道静电感应现象的原因(静电场中导体的自由电子定向移动的原因讨论)2、理解静电平衡导体的特点(电场强度和电势)3、了解尖端放电和静电屏蔽现象及应用(接地)
重点:掌握静电平衡的概念和理解静电平衡的特征
难点:认识尖端放电现象(导体的电荷分布特点)、静电屏蔽现象
方法:推理归纳和实验演示
教具:静电计、金属网罩(验电羽)、Plasma Ball、感应起电机、导线若干...
1、开场介绍。
通过自我介绍和小游戏等环节舒缓情绪,渗透一点课堂价值观,营造有尊重的态度、有开放心态和有安全感的课堂环境。

带对号的服饰在生活中很畅销,也很少有人不希望自己更正确。作为教师在课堂上更看重学生真实的表达,因为真诚需要勇气和信心,而即便犯错也会是认知的契机,那些能从错误中走出来的正确更可靠。

今天的学习内容和生活的关系远比和考试的关系大,同学回家还可以通过求师得网站(qiUsiIR.com)看得到今天讲授的内容,在课堂上要多动脑参与,有力量的思维才更敏感自然的奇妙


2、演示实验。通过电浆球[Plasma Ball]对闪电的模拟和静电图片的展示,用电离和静电排斥的夸张现象激发学生好奇心(电压远超过人体安全电压36v,但电流很小很小。更炫更壮观的实验可以去科技宫体验),发现、欣赏和利用自然的奇妙需要有一定的能力基础,这也是今天我们讲授的意义。
这是2014年几个保送的学生凑钱买给我的小礼物,感谢龙天罡、张潇勇等同学

3、静电感应。使物体带电叫起电,初中就学过“摩擦起电、接触起电和感应起电”。“感应”一词颇具神秘色彩(心灵感应?以后会学电磁感应),背后不过是一种场力(电场对放入其中的电荷有力的作用,如果电荷能移动...)
A、金属导体的微观结构。金属导体内部价电子像气体一样可以在金属内部自由移动但不能脱离金属表面(也不是一定不可能,光电效应?),金属中正电荷并不会定向移动(振动)。
B、自由电子定向移动。自由电子逆着电场线运动,或者向电势高的地方移动。(就如水往低处流是重力势能减少。电子很上进哈)(有电场或有电势差
C、电荷分离。自由电子会向一侧移动,另一侧是正电荷(拔走萝卜留下坑),产生附加电场(感应电场)(和原来外电场方向相反)(净电荷不可能定留在中间某位置)。
D、导体内的自由电子不再定向移动的状态叫做静电平衡状态。这是一个非常快的过程(远远短于1s,瞬间)。
4、电场分析。
通过对“上侧有一个正电荷Q的无限大的导体板内外电场”的分析计算来,从特殊到一般强化静电平衡导体特点的认识。(其实无限大充满了善意,远端的正电荷影响忽略,场强镜像对称等)
导体内部任意一点场强;感应电荷对外部正电荷的库仑力;感应电荷在导体内任意一点产生的场强;感应电荷在导体外任意一点产生的场强;分界面附近合场强垂直于导体表面;电荷沿着表面不做功...(仅仅需要电场强度镜像对称这一点外加矢量合成法则就能推导感应电荷在金属板外的电场相当于对称位置有一等量负电荷的结论,这样的精简美妙的结论对我来说比电浆球还炫

5、静电平衡的特点分析(中间小结)
对静电平衡的导体仅仅从“自由电子不再定向移动”用反证法就可以得出很多通用的结论。
A、静电平衡后的导体内部电场强度处处为零。如不为零,自由电荷就会移动;
B、静电平衡后的导体是一个等势体,表面就是一个等势面。如果不是等势体,自由电荷会向电势高的地方定向移动;U=Ed,电场强度处处为0,任意两点间的电势差必然为0;
C、静电平衡的导体外表面附近任意一点的电场方向必然和导体表面垂直,如果不垂直则必然会有沿表面的分量;
D、净电荷也只能分布在外表面。如果在内部有净电荷存在,附近电场必然不为零。
6、尖端放电。
为什么越尖的地方电荷密度越大?(教材说一只缝纫针带电后,同种电荷相互排斥,电荷自然被挤到针的两端。也可以用库伦斥力简单分析理解这个结论)导体尖端的电荷密度很大,附近的电场线密集电场很强,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动,把空气中的气体分子撞“散”(电离,击穿),不断地有电荷被中和,可以避免火花放电。

旗杆尽量不与天空形成通路产生电流,顶部是圆的;验电器的金属杆上固定的是金属球,主要防止尖端放电,偏转指针电荷分布多电场力明显;燃气灶的电子点火器的放电电极是针状设计;高压设备中的导体表面要尽量光滑,避免尖端放电。
7、避雷针。
避雷针是一个或几个尖锐的金属棒,安装在建筑物顶端,用粗导线与埋在地下的金属板链接,保持与大地的良好接触(不是头顶个钉子就能避雷)。当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静电感应,金属棒出现与云层相反的电荷。避雷针其实是引雷,更科学的叫法应该是“接闪杆”。(由于尖端放电效应,避雷针电荷分布多与积雨云间电势差大,之间空气更容易被(电离成导体)击穿,从而把云层中的电量导入地下达到避免雷击的目的)(用起电机演示金属球放电现象)
(同样一张图有不同的切入点,为什么放电?为什么是小球之间放电?或者你人...)

世界上放风筝最有名的地方时我祖籍那,山东潍坊,世界上放风筝最有名的人是美国人本杰明·富兰克林,他为自己写的墓志铭谦称“印刷工富兰克林”,但法国人却为参与独立宣言起草的他写下了这样的赞语:“从苍天那里取得了雷电,从暴君那里取得了民权”(。伽利略的墓志铭也很有趣,他失明了,是因为这个世上没有什么他不曾看过)富兰克林的确发明了避雷针,甚至说服了乔治二世在弹药库上安装并成功避雷,不过他最初理解的原理是错的,庆幸接地线很粗才幸免。很多时候伟大的人也离不开运气哈~
想来对雷电的研究最初教堂是反对的,但对避雷针的使用教堂应该是积极的。

@席子-上海 Lightning! 闪电击中刚刚封顶的目前中国的最高大楼上海中心和东方明珠 August, 4 2013 Shanghai注意避雷针和塔吊尖端(查看大图)~
8、静电屏蔽。
空腔导体净电荷只分布在外表面,内表面不带电,空腔内没有电场,外部电场对内部仪器没有影响;若仅仅将场源于空腔内对外是有影响的,如果接地就可以全屏蔽了。电学仪器和电子设备外面套有金属罩;通信电缆版面包一层铅皮;高压带电作业人员穿金属网衣;通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱;汽车被雷击但汽车里的人很安全。

莫问人生几何,但图几何人生。我当年拍的这张照片上14条线。(2013-2-11 15:12 来自 三星Galaxy SIII)
高压线有几条线?(由于趋肤效应,电压不同导线分裂数不同,220kv一般是两分裂,当然有的地方110kv采用两分裂,26条?)
实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器,金属网也能起到屏蔽作用。野外高压输电线受到雷击的可能性很大,高压输电塔的三相交流输电线上方的两条导线与大地相连,形成稀疏的金属“网”,用来把输电线屏蔽起来免遭雷击。

9、内容总结。感应起电、静电感应、静电平衡、尖端放电、静电屏蔽。核心知识是静电平衡导体内部场强为零,导体为等势体。静电屏蔽时接地更稳妥。关于接地未必就是不带电,在静电感应时用手摸一下导体(接地)再移走源电荷,导体带什么电?我们通常选大地作为零电势,很重要的原因是地球是一个大的导体电容很大,有限电量的变化不会引起电势明显变化,就如海平面不会随一两杯水的导入发生变化一样。


异想天开:都是平方反比定律,为什么不能把万有引力也屏蔽掉?
0、参考资料。
http://chiuphysics.cgu.edu.tw/yun-ju/cguweb/phychiu/h301staticelectric/PlasmaBall.htm https://www.zhihu.com/question/19815135 http://www.sino-us.com/120/Shanghai-s-new-sacred-weapons-.html https://www.zhihu.com/question/35494231 http://philschatz.com/physics-book/contents/m42317.html http://www.physicsclassroom.com/class/estatics/Lesson-4/Lightning http://kjg.zjnu.edu.cn/onews.asp?id=109
学校各栋教学楼的风格统一,操场也不错,对绿墙上的标语印象深刻。科学家花园原来在这呀。

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小时候通往镇子的路很长很长,去姥姥家要黎明前就出发,现在镇子通村子的路很短,新修了公路,不到二十分钟的车程基本是我每天上下班的时长;小时候看大人都很高,即便是一起玩耍的小伙伴也高出我一头,现在看到的邻居都变矮了,抱着小孩的那位不知该怎么称呼的好奇问我长高了;蹲在路边来帮忙的发小大老远直呼我的小名,二十年没见面也能一眼认出,他能清晰记得我父母的模样;原来被称呼爷爷是因为辈分高,现在被称呼爷爷是因为年龄真的很大了,也是他们结婚太早;在村子过夜的那晚看到夜空里明亮的星,鸡犬相闻天亮的很早,一大早重温了和狗狗看日出的记忆;早餐鸡蛋面,听堂兄儿子说昨天还好好的某人心梗过世了,也留下两个孩子......





在妹妹等人的努力和众乡亲的帮助下,总算把两地三十年的父亲从数千里之外运回和母亲团聚。过去母亲坟前的那棵树现在是父母坟前的那棵树,他们一起守望着村头的那条路......

墓碑后的祭文是妹妹从我书中选的一段:
二十年后秋日的一天,回到母亲的坟前:当年的小苗已良田独树,枝摇叶洒如久违寒暄。那一刻我才明白:地上飞扬的你一直经历风雨,地下安详的您却从未放弃守护。之前所有的委屈瞬间消解,之前所有的抱怨顿时化作了感激。“从不依靠,从不寻找”,原来父母早为我“树”立了榜样。
·母亲坟前的那棵树
·The Tree