1、以实验演示为主线，以问题教学引导学生探究静电现象的应用教学设计浙江湖州练市中学 高银忠设计思想静电感应是电学内容的一个难点，在静电感应过程中，电荷如何移动，达到静电平衡状态时，正、负电荷如何分布，这些都是学生难以掌握的。对于静电场中的导体达到静电平衡状态时，导体内部场强处处为零，带电导体上的净电荷只分布在导体的外表面上，学生往往把它们当作结论硬性记下来，如何用它来分析问题、解决问题则不知所措。通过采取常规演示实验和计算机模拟教学相结合，教师指导教学与学生训练、练习等多种教学方式共存的有效办法，可以实现课堂教学创新，提高课堂教学效率和教学效果。教材分析静电现象的应用是人教版高中物理选修 3-1
2、第一章静电场第 7 节的内容，根据学科教学指导意见和课程标准的要求，将此节的授课课时安排为一个课时。本节的主要概念是静电平衡，掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征是本节的重点，应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象是本节的难点。做好演示实验是这堂课的关键。金属导体放在电场中，达到静电平衡状态是一个非常快的过程，但是对这一过程的分析却十分重要。一定要带领学生共同参与讨论这一过程，使他们明白自由电荷不再定向移动的条件。这样做不仅突出重点，也为突破难点打下基础。带电导体的电荷分布的两个特点对于学生来说是十分深奥的问题，必须通过实验才能加深认识。静电屏蔽现象以及静电屏蔽
3、的应用都必须做好演示实验。学情分析本节教学中，学生在静电场中的导体达到静电平衡状态、静电屏蔽的概念、电荷在导体表面的分布等现象的学习中，往往把它们当作结论硬性记下来，而不会用来分析问题、解决问题，这种死记硬背的方式不可取。其实通过前面内容的学习，学生已具备从理论角度分析本节课中出现的现象的能力，只要教师做好演示实验，并对学生阶梯式的引导，然后结合相应的现象分析，学生肯定能接受。三维教学目标设计1知识与技能教学目标（1）知道导体的特征。（2）理解导体的静电感应过程。（3）理解导体达到静电平衡状态时的特点。2过程与方法教学目标培养学生观察、分析、归纳问题的能力。3情感态度价值观教学目标培养学生的实
4、验探索能力。重难点1重点：掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征。2难点：应用静电平衡知识，认识导体的电荷分布的特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象。教具1演示：装有小鸟的铁鸟笼、感应圈、导线及静电屏蔽、感应起电、法拉第圆筒实验教具各一套。2自制 PPT 课件。教学策略与手段本课教学中运用实验探究与理论探究相结合的探究式教学模式，采取分组讨论、演示实验、播放视频，将情景与多媒体相结合的教学方式。课前准备1学生的学习准备：复习静电感应方面的知识，预习静电现象运用的新课知识。2教师的教学准备：教学设计与多媒体课件制作、自制教具、学生导学资料的准备。3教学环境的设计与布置：多媒体播放系统、学生分组及组长
5、的准备。教学过程一、引入新课通过播放视频雷火炼殿，创设问题情景，提出探究问题。武当山位于湖北省西北部，其主峰天主峰屹立着一座光耀百里的金殿。殿高 5.54 米，宽 4.4 米，进深 3.15 米，全部为铜铸镏金。武当山重峦叠嶂，气候多变，金殿屹立峰巅，当积雨云移来时，云层与金殿顶部之间形成巨大的电势差，就会使空气电离，产生电弧，也就是闪电。强大的电弧使周围空气剧烈膨胀而爆炸，看似火球并伴有雷鸣，这种现象称为“雷火炼殿”现象。【思考问题】为什么会出现雷火炼殿的壮观景象？（教师在此设置疑问，激发学生学习本节内容的兴趣）二、静电平衡状态下导体的电场【知识回顾】什么是静电感应现象？（帮助学生回忆所学知
6、识，同时暗示本节课中将涉及该概念）将不带电的导体靠近带电体时（如图），导体上就带电了，靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应现象。通过回忆静电感应现象的概念，让学生对导体的带电方式和电荷守恒定律认识更深刻。【教师引导与设疑】电中性导体向带电体不断靠近的过程中，能使不带电导体两端出现异种电荷，那么将一中性金属导体放置于匀强电场中（如图），将会出现什么情况？【分组讨论】根据课前准备情况，46 人为一组，并确定组长，讨论以下问题：（1）金属导体的微观结构如何？（2）自由电子怎样移动？（3）自由电子会在什么地方积聚？（4）电子的积聚会出现怎样的结果？（5）最终会出
7、现怎样的现象？【教师启发】通过上述的问题设置，引导学生理解金属导体的微观结构的特点，明确自由电子的受力特点和运动方向，进一步弄清导体上电荷的分布，并思考导体内部电场强度的特点。要求学生进行合理的推测与猜想。【分析评价】针对各组成员讨论、代表的发言，教师的分析评价，得出上述问题的结论：（1）金属导体由自由移动的电子和相对稳定的正电荷组成；（2）自由电子受到电场力向左运动；（3）自由电子积聚在左侧，右侧出现等量的正电荷，形成新的电场；（4）最终导体内部外界电场和感应电场的叠加，合场强为零，导体内部的自由电子不再定向移动的状态叫做静电平衡状态。【思考与讨论】处于静电平衡状态的导体具有什么特征？【学生
8、 A】静电平衡的导体内部电场强度处处为零。【学生 B】处于静电平衡的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。第一个特征是由静电平衡的定义决定的，教科书再次运用反证法，证明了这问题；第二个特征应用了上节课关于电场强度与电势差的关系。因为 ，所以，在电场强度处处为零的空间里任意两点的电势差为零。三、静电平衡时导体上电荷的分布【思考与讨论】静电平衡状态下带电导体上的电荷分布是怎样呢？教师通过多个演示实验，演示形状不同的带电导体的电荷分布情况。【演示实验 1】竖直平面导体所带电荷的分布情况。【实验结果】电荷分布在竖直平面导体的表面。【演示实验 2】柱形导体所带电荷的分布情况。【实验结果】电荷分布在圆柱
9、形导体的外表面，内表面不带电。【演示实验 3】其他形状导体所带电荷的分布情况。【实验结果】电荷分布在圆柱形导体的外表面，内表面不带电，导体越尖锐的地方电荷分布越密集。【实验结果分析】教师引导学生认真观察实验现象，从感性上得出带电导体上的电荷的分布情况：电荷只分布在导体的外表面，内表面不带电，而且越尖锐的地方电荷的分布越密集。【教师质疑】通过实验确实看到导体表面电荷的分布情况，但是这似乎还不够严密，能否理论推导结果呢？【理论分析】教师可引导学生利用反证法，假如导体内部有电荷，导体内部的电场就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态，与事实不相吻合，所以导体内部没有电荷。
10、引导学生分组讨论，得出结论：1导体内没有电荷，电荷只分布在导体的表面；2在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大（如图）。四、静电现象的应用（一）尖端放电【思考与讨论】电荷在导体上分布与导体的形状有关，导体尖端，越尖锐的地方电荷密度越大，附近的电场越强，若尖端的电荷密度足够大，电场强度足够强，将会导致什么后果呢？【分组讨论】教师引导，每组学生代表发言，猜想可能出现的情况。【学生】尖端放电。【实验演示】尖端放电现象。【思考与讨论】通过教师演示尖端放电现象，引导学生思考：为什么会出现尖端放电现象，怎么解释？教师引导学生阅读教材“尖端放电”部分，并播放尖端放电的 flash 视频，得出产生尖端放电现
11、象的形成原因：导体尖端电荷密度很大，电场很强，使空气中的分子发生电离形成自由电子和带正电的离子，在强电场作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这种现象叫做尖端放电。引导学生，举例生活中关于尖端放电现象的例子。【学生】避雷针、“电风”吹蜡烛、汽车接地放电（对于学生所列举的现象，请其他同学进行分析）（二）静电屏蔽展示下列图片，要求学生认真观察：【思考与讨论】（1）从图片中看到什么？（电力工人及工作服）（2）超高压带电作业的工人为什么会相安无事，难道他们不怕电吗？（关于上述两个问题，由
12、于学生缺少必要的生活常识，第二个问题难度较大，教师在教学过程中建议提前布置学生去了解相关知识）通过上述现象的讨论，学生知道了带有金属丝的工作服对电力工人起到保护作用。【思考与讨论】带有金属丝的工作服为什么会对工人起到保护作用呢？（引出静电屏蔽的概念）【理论分析】空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响，导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。【类比实验演示】通过实验展示，让学生体会静电屏蔽现象的存在。【实验一】验电器未罩金属网，用带电金属球靠近验电器，观察现象。【现象一】验电器金属箔片张开，验电器带电。【实验二】验电器罩上
13、金属网，用带电金属球靠近验电器，观察现象。【现象二】验电器金属箔片不张开，验电器不带电。【视频播放】小鸟静电屏蔽和小孩静电屏蔽（学生观看视频之后，更加加深对静电屏蔽现象的理解）小鸟静电屏蔽 小孩静电屏蔽【静电屏蔽的应用】教师引导学生举例，生活中的静电屏蔽现象。【学生】（1）电子仪器外套金属网罩，通讯电缆外包一层铅皮等。（2） 超高压带电作业的工人穿着的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。五、本节知识小结本节主要学了以下几个问题（请学生总结，教师做必要的补充）：1静电平衡状态下导体的电场学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡导体的特点。2导
14、体上电荷的分布（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。3尖端放电了解了尖端放电现象及其应用。4静电屏蔽了解了静电屏蔽现象及其应用。【现象解释】对于武当山顶的“雷火炼殿”现象进行解释：【学生】原理是静电屏蔽现象。知识结构与板书设计作业设计（一）利用互联网查阅生活中的静电现象，分类归纳，撰写科普文章。（二）完成教材问题与练习1、2 题。教学反思在本节课教学过程中，教师的实验演示和问题引导是不可或缺的，教师在科学探究、指导、组织等方面起到主导的作用，但是同时又不能霸占学生的课堂时间，将课堂还给学生。由于本堂课的涉及的概念很抽象，但同时跟生活非常贴近，实验探究和理论推导探究变得尤为重要，实验能客观形象地展示，给予学生感性的认识，同时为了让学生真正掌握相应的知识，必须要利用已学过的知识作为基础，进行推导，增加学生理性的认识。所以每个演示实验必须尽可能的规范、有效果，在理论推导中设置阶梯式的问题对学生的思路进行引导。学生在学习本节知识之后，让学生学以致用，通过举例，解释相应的现象，让学生真实地感受学习物理带来的喜悦。
