靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

.5/5以實(shí)驗(yàn)演示為主線,以問(wèn)題教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生探究──《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)XXXX練市中學(xué)高銀忠◆設(shè)計(jì)思想靜電感應(yīng)是電學(xué)內(nèi)容的一個(gè)難點(diǎn),在靜電感應(yīng)過(guò)程中,電荷如何移動(dòng),達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí),正、負(fù)電荷如何分布,這些都是學(xué)生難以掌握的。對(duì)于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,帶電導(dǎo)體上的凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上,學(xué)生往往把它們當(dāng)作結(jié)論硬性記下來(lái),如何用它來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題則不知所措。通過(guò)采取常規(guī)演示實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)相結(jié)合,教師指導(dǎo)教學(xué)與學(xué)生訓(xùn)練、練習(xí)等多種教學(xué)方式共存的有效辦法,可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)創(chuàng)新,提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)效果?！艚滩姆治觥鹅o電現(xiàn)象的應(yīng)用》是人教版高中物理選修3-1第一章《靜電場(chǎng)》第7節(jié)的內(nèi)容,根據(jù)《學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見(jiàn)》和《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求,將此節(jié)的授課課時(shí)安排為一個(gè)課時(shí)。本節(jié)的主要概念是靜電平衡,掌握靜電平衡的概念,理解靜電平衡的特征是本節(jié)的重點(diǎn),應(yīng)用靜電平衡知識(shí),認(rèn)識(shí)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象是本節(jié)的難點(diǎn)。做好演示實(shí)驗(yàn)是這堂課的關(guān)鍵。金屬導(dǎo)體放在電場(chǎng)中,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)是一個(gè)非常快的過(guò)程,但是對(duì)這一過(guò)程的分析卻十分重要。一定要帶領(lǐng)學(xué)生共同參與討論這一過(guò)程,使他們明白自由電荷不再定向移動(dòng)的條件。這樣做不僅突出重點(diǎn),也為突破難點(diǎn)打下基礎(chǔ)。帶電導(dǎo)體的電荷分布的兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是十分深?yuàn)W的問(wèn)題,必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能加深認(rèn)識(shí)。靜電屏蔽現(xiàn)象以及靜電屏蔽的應(yīng)用都必須做好演示實(shí)驗(yàn)。◆學(xué)情分析本節(jié)教學(xué)中,學(xué)生在靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)、靜電屏蔽的概念、電荷在導(dǎo)體表面的分布等現(xiàn)象的學(xué)習(xí)中,往往把它們當(dāng)作結(jié)論硬性記下來(lái),而不會(huì)用來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,這種死記硬背的方式不可取。其實(shí)通過(guò)前面內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生已具備從理論角度分析本節(jié)課中出現(xiàn)的現(xiàn)象的能力,只要教師做好演示實(shí)驗(yàn),并對(duì)學(xué)生階梯式的引導(dǎo),然后結(jié)合相應(yīng)的現(xiàn)象分析,學(xué)生肯定能接受。◆三維教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)1．知識(shí)與技能教學(xué)目標(biāo)〔1知道導(dǎo)體的特征。〔2理解導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程?！?理解導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的特點(diǎn)。2．過(guò)程與方法教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納問(wèn)題的能力。3．情感態(tài)度價(jià)值觀教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探索能力?！糁仉y點(diǎn)1．重點(diǎn)：掌握靜電平衡的概念,理解靜電平衡的特征。2．難點(diǎn)：應(yīng)用靜電平衡知識(shí),認(rèn)識(shí)導(dǎo)體的電荷分布的特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象?！艚叹?．演示：裝有小鳥(niǎo)的鐵鳥(niǎo)籠、感應(yīng)圈、導(dǎo)線及靜電屏蔽、感應(yīng)起電、法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)教具各一套。2．自制PPT課件?！艚虒W(xué)策略與手段本課教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究與理論探究相結(jié)合的探究式教學(xué)模式,采取分組討論、演示實(shí)驗(yàn)、播放視頻,將情景與多媒體相結(jié)合的教學(xué)方式?！粽n前準(zhǔn)備1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：復(fù)習(xí)靜電感應(yīng)方面的知識(shí),預(yù)習(xí)靜電現(xiàn)象運(yùn)用的新課知識(shí)。2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：教學(xué)設(shè)計(jì)與多媒體課件制作、自制教具、學(xué)生導(dǎo)學(xué)資料的準(zhǔn)備。3．教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)與布置：多媒體播放系統(tǒng)、學(xué)生分組及組長(zhǎng)的準(zhǔn)備。◆教學(xué)過(guò)程一、引入新課通過(guò)播放視頻《雷火煉殿》,創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景,提出探究問(wèn)題。武當(dāng)山位于XX省西北部,其主峰天主峰屹立著一座光耀百里的金殿。殿高5.54米,寬4.4米,進(jìn)深3.15米,全部為銅鑄鎦金。武當(dāng)山重巒疊嶂,氣候多變,金殿屹立峰巔,當(dāng)積雨云移來(lái)時(shí),云層與金殿頂部之間形成巨大的電勢(shì)差,就會(huì)使空氣電離,產(chǎn)生電弧,也就是閃電。強(qiáng)大的電弧使周圍空氣劇烈膨脹而爆炸,看似火球并伴有雷鳴,這種現(xiàn)象稱為"雷火煉殿"現(xiàn)象。[思考問(wèn)題]為什么會(huì)出現(xiàn)雷火煉殿的壯觀景象？〔教師在此設(shè)置疑問(wèn),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的興趣二、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)[知識(shí)回顧]什么是靜電感應(yīng)現(xiàn)象？〔幫助學(xué)生回憶所學(xué)知識(shí),同時(shí)暗示本節(jié)課中將涉及該概念將不帶電的導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)〔如圖,導(dǎo)體上就帶電了,靠近帶電體的一端帶異種電荷,遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷,這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)現(xiàn)象。通過(guò)回憶靜電感應(yīng)現(xiàn)象的概念,讓學(xué)生對(duì)導(dǎo)體的帶電方式和電荷守恒定律認(rèn)識(shí)更深刻。[教師引導(dǎo)與設(shè)疑]電中性導(dǎo)體向帶電體不斷靠近的過(guò)程中,能使不帶電導(dǎo)體兩端出現(xiàn)異種電荷,那么將一中性金屬導(dǎo)體放置于勻強(qiáng)電場(chǎng)中〔如圖,將會(huì)出現(xiàn)什么情況？[分組討論]根據(jù)課前準(zhǔn)備情況,4～6人為一組,并確定組長(zhǎng),討論以下問(wèn)題：〔1金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)如何？〔2自由電子怎樣移動(dòng)？〔3自由電子會(huì)在什么地方積聚？〔4電子的積聚會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？〔5最終會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？[教師啟發(fā)]通過(guò)上述的問(wèn)題設(shè)置,引導(dǎo)學(xué)生理解金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),明確自由電子的受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方向,進(jìn)一步弄清導(dǎo)體上電荷的分布,并思考導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度的特點(diǎn)。要求學(xué)生進(jìn)行合理的推測(cè)與猜想。[分析評(píng)價(jià)]針對(duì)各組成員討論、代表的發(fā)言,教師的分析評(píng)價(jià),得出上述問(wèn)題的結(jié)論：〔1金屬導(dǎo)體由自由移動(dòng)的電子和相對(duì)穩(wěn)定的正電荷組成；〔2自由電子受到電場(chǎng)力向左運(yùn)動(dòng)；〔3自由電子積聚在左側(cè),右側(cè)出現(xiàn)等量的正電荷,形成新的電場(chǎng)；〔4最終導(dǎo)體內(nèi)部外界電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的疊加,合場(chǎng)強(qiáng)為零,導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子不再定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。[思考與討論]處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體具有什么特征？[學(xué)生A]靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。[學(xué)生B]處于靜電平衡的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體,它的表面是個(gè)等勢(shì)面。第一個(gè)特征是由靜電平衡的定義決定的,教科書再次運(yùn)用反證法,證明了這問(wèn)題；第二個(gè)特征應(yīng)用了上節(jié)課關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系。因?yàn)?所以,在電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零的空間里任意兩點(diǎn)的電勢(shì)差為零。三、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布[思考與討論]靜電平衡狀態(tài)下帶電導(dǎo)體上的電荷分布是怎樣呢？教師通過(guò)多個(gè)演示實(shí)驗(yàn),演示形狀不同的帶電導(dǎo)體的電荷分布情況。[演示實(shí)驗(yàn)1]豎直平面導(dǎo)體所帶電荷的分布情況。[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]電荷分布在豎直平面導(dǎo)體的表面。[演示實(shí)驗(yàn)2]柱形導(dǎo)體所帶電荷的分布情況。[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]電荷分布在圓柱形導(dǎo)體的外表面,內(nèi)表面不帶電。[演示實(shí)驗(yàn)3]其他形狀導(dǎo)體所帶電荷的分布情況。[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]電荷分布在圓柱形導(dǎo)體的外表面,內(nèi)表面不帶電,導(dǎo)體越尖銳的地方電荷分布越密集。[實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析]教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,從感性上得出帶電導(dǎo)體上的電荷的分布情況：電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,內(nèi)表面不帶電,而且越尖銳的地方電荷的分布越密集。[教師質(zhì)疑]通過(guò)實(shí)驗(yàn)確實(shí)看到導(dǎo)體表面電荷的分布情況,但是這似乎還不夠嚴(yán)密,能否理論推導(dǎo)結(jié)果呢？[理論分析]教師可引導(dǎo)學(xué)生利用反證法,假如導(dǎo)體內(nèi)部有電荷,導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)就不可能為零,自由電荷就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng),導(dǎo)體也就沒(méi)有處于靜電平衡狀態(tài),與事實(shí)不相吻合,所以導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷。引導(dǎo)學(xué)生分組討論,得出結(jié)論：1．導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的表面；2．在導(dǎo)體表面,越尖銳的位置,電荷的密度越大〔如圖。四、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用〔一尖端放電[思考與討論]電荷在導(dǎo)體上分布與導(dǎo)體的形狀有關(guān),導(dǎo)體尖端,越尖銳的地方電荷密度越大,附近的電場(chǎng)越強(qiáng),若尖端的電荷密度足夠大,電場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng),將會(huì)導(dǎo)致什么后果呢？[分組討論]教師引導(dǎo),每組學(xué)生代表發(fā)言,猜想可能出現(xiàn)的情況。[學(xué)生]尖端放電。[實(shí)驗(yàn)演示]尖端放電現(xiàn)象。[思考與討論]通過(guò)教師演示尖端放電現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么會(huì)出現(xiàn)尖端放電現(xiàn)象,怎么解釋？教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材"尖端放電"部分,并播放尖端放電的flash視頻,得出產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象的形成原因：導(dǎo)體尖端電荷密度很大,電場(chǎng)很強(qiáng),使空氣中的分子發(fā)生電離形成自由電子和帶正電的離子,在強(qiáng)電場(chǎng)作用下加速,撞擊空氣中的分子,使它們進(jìn)一步電離,產(chǎn)生更多的帶電粒子,那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷中和,這種現(xiàn)象叫做尖端放電。引導(dǎo)學(xué)生,舉例生活中關(guān)于尖端放電現(xiàn)象的例子。[學(xué)生]避雷針、"電風(fēng)"吹蠟燭、汽車接地放電……〔對(duì)于學(xué)生所列舉的現(xiàn)象,請(qǐng)其他同學(xué)進(jìn)行分析〔二靜電屏蔽展示下列圖片,要求學(xué)生認(rèn)真觀察：[思考與討論]〔1從圖片中看到什么？〔電力工人及工作服〔2超高壓帶電作業(yè)的工人為什么會(huì)相安無(wú)事,難道他們不怕電嗎？〔關(guān)于上述兩個(gè)問(wèn)題,由于學(xué)生缺少必要的生活常識(shí),第二個(gè)問(wèn)題難度較大,教師在教學(xué)過(guò)程中建議提前布置學(xué)生去了解相關(guān)知識(shí)通過(guò)上述現(xiàn)象的討論,學(xué)生知道了帶有金屬絲的工作服對(duì)電力工人起到保護(hù)作用。[思考與討論]帶有金屬絲的工作服為什么會(huì)對(duì)工人起到保護(hù)作用呢？〔引出靜電屏蔽的概念[理論分析]空腔導(dǎo)體能把外電場(chǎng)擋住,空腔內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng),空腔內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響,導(dǎo)體殼〔金屬網(wǎng)罩能保護(hù)它所包圍的區(qū)域,使這個(gè)區(qū)域不受外電場(chǎng)的影響,這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。[類比實(shí)驗(yàn)演示]通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示,讓學(xué)生體會(huì)靜電屏蔽現(xiàn)象的存在。[實(shí)驗(yàn)一]驗(yàn)電器未罩金屬網(wǎng),用帶電金屬球靠近驗(yàn)電器,觀察現(xiàn)象。[現(xiàn)象一]驗(yàn)電器金屬箔片張開(kāi),驗(yàn)電器帶電。[實(shí)驗(yàn)二]驗(yàn)電器罩上金屬網(wǎng),用帶電金屬球靠近驗(yàn)電器,觀察現(xiàn)象。[現(xiàn)象二]驗(yàn)電器金屬箔片不張開(kāi),驗(yàn)電器不帶電。[視頻播放]小鳥(niǎo)靜電屏蔽和小孩靜電屏蔽〔學(xué)生觀看視頻之后,更加加深對(duì)靜電屏蔽現(xiàn)象的理解小鳥(niǎo)靜電屏蔽小孩靜電屏蔽[靜電屏蔽的應(yīng)用]教師引導(dǎo)學(xué)生舉例,生活中的靜電屏蔽現(xiàn)象。[學(xué)生]〔1電子儀器外套金屬網(wǎng)罩,通訊電纜外包一層鉛皮等?！?超高壓帶電作業(yè)的工人穿著的工作服,是用包含金屬絲的織物制成的?！?、本節(jié)知識(shí)小結(jié)本節(jié)主要學(xué)了以下幾個(gè)問(wèn)題〔請(qǐng)學(xué)生總結(jié),教師做必要的補(bǔ)充：1．靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)學(xué)習(xí)了靜電平衡、靜電平衡狀態(tài)的概念,知道靜電平衡的條件是導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。學(xué)習(xí)了靜電平衡導(dǎo)體的特點(diǎn)。2．導(dǎo)體上電荷的分布〔1導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面?！?在導(dǎo)體表面,越尖銳的位置,電荷的密度越大。3．尖端放電了解了尖端放電現(xiàn)象及其應(yīng)用。4．靜電屏蔽了解了靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。[現(xiàn)象解釋]對(duì)于武當(dāng)山頂?shù)?雷火煉殿"現(xiàn)象進(jìn)行解釋：[學(xué)生]原理是靜電屏蔽現(xiàn)象。◆知識(shí)結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計(jì)◆作業(yè)設(shè)計(jì)〔一利用互聯(lián)網(wǎng)查閱生活中的靜電現(xiàn)象,分類歸納,撰寫科普文章。〔二完成教材《問(wèn)題與練習(xí)》1、2題。◆教學(xué)反思在本節(jié)課教學(xué)過(guò)程中,教師的實(shí)驗(yàn)演示和問(wèn)題引導(dǎo)是不可或缺的,教師在科學(xué)探究、指導(dǎo)、組織等方面起到主導(dǎo)的作用,但是同時(shí)又不能霸占學(xué)生的課堂時(shí)間