资源简介

静电现象的应用教学设计
1.指导思想与理论依据
皮亚杰的建构理论认为，知识必须由主体自我构建。课堂中要重视创设学习情境，促进学生主动参与，主动思考，使学生自主探究，完成学习。
本节是一个典型物理与生活实际联系的案例，能很好促进学生联系生活实际能力和探究能力提升，能帮助学生建立产生积极的学习情感和深刻感受物理知识来源于生活，又服务于生活。因此，本节在进行教学设计时必须选择适当的问题情境切入，通过大量的实验验证和实验探究体验、发现，引导学生深入讨论、分析，让学生成为知识建构和知识使用的主体，提升学生的思维能力和探究、分析问题的能力，突出基于学生学习的设计主题。
2.教学背景分析
教材分析:
本节是人教版《物理》选修3-1第七节的内容。前六节介绍了静电场的基本性质，以及有关的概念、规律、描述方法等。本节聚焦静电平衡和尖端放电两个重要的静电现象，要求学生运用所学静电场知识分析它们，很好的体现了物理与生活、生产实践的结合，是学以致用的很好教学材料。通过本节学习，一方面，学生可以加强对静电场知识的理解、掌握和运用，提升发现和应用知识的能力；另一方面，学生可以体会到“物理处处有生活，生活处处有物理”的学科体验，激发学习兴趣和热情。
学生情况：
本节课授课对象是北京市示范校九中高二学生，这些学生具有一定的物理基础，具备一定的分析问题和实验探究能力。但因为这些学生刚开始学习电场，电场相比经典力学抽象，有些内容目前知识也不易完全解释清楚，学生且在日常生活中也对静电现象关注和思考不够，所以教学时本节内容不宜盲目延展过多，得适度启发引导。
教学方式：
讲授式、启发式、探究式
教学资源：
感应起电机、带有金属圆球和避雷针模型的平行金属板、高压防护服、静电贴、金属盒、静电屏蔽金属笼，验电羽。
3.教学目标(含重、难点)
一）知识与技能：
1.通过实验观察，理性思考，分析出静电场中导体内自由电荷的运动情况，并概括出静电平衡状态下导体的特征；
2.学生进行实验探究，观察尖端放电现象，归纳出带电导体电荷分布的特点；
3.学生能应用静电平衡导体的特征解释静电屏蔽和避雷针等相关应用。
二）过程与方法：
1.在对静电平衡导体内部场强和电势特点的理论探究过程中，提升学生逻辑分析能力，体验反证等思维方法；
2在静电平衡导体电荷分布的实验探究过程中，提升学生基于既往知识的推理猜想和实验设计、现象观察与分析等实验探究能力；
3.通过实例分析，提升学生应用物理知识分析解释生活、生产中相关应用的能力。
三）情感、态度、价值观：
1.静电现象在生活中应用非常广泛，此课题源自生活。通过本节课的学习，培养学生关注生活、热爱生活的美好情操，培养学生用科学分析生活中的现象的意识；
2.在本节的理论分析和实验探究中培养学生科学的研究方法，以及严谨认真的学习态度。
教学重点：掌握静电平衡的概念，理解静电平衡的特征
教学难点：
应用静电平衡的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。
教学流程示意
(
实验
情景引入，由高压防护服提出问题
回顾静电感应现象，学习静电平衡状态及其特征
ppt
理论联系实际
学生展示探究作业
深入探究
实验探究
带电导体电荷的分布特点
带电导体电荷的分布特点的实际应用
实验演示
结束
开始
)
4.教学过程
教学
环节
教师活动
学生活动
设计
意图
静电贴贴黑板上
静电现象在我们的生产和生活当中随处可见，今天，我们就来研究静电现象的应用。
刚才老师利用了静电吸附给大家展示了我们今天的课题。200多年前，本杰明?富兰克林用一个风筝实验把我们带入了电气化的新纪元。今天，我们挽着弗兰克林的手让闪电从天而降，来开启我们今天的主题。
学生聆听思考
激发学生探究兴趣
创设情境
介绍实验器材
实验模拟闪电
演示实验
真人表演
引入新课
新课教学
ppt
学生思考回答
下面我通过一个实验来模拟闪电
我用这个装置上极板来模拟云层，下极板来模拟大地。云层和大地之间站着一个人，当云层和大地之间电压足够高时，空气被击穿，从而发生了强烈的放电现象，形成了闪电。
下面请大家注意观察：
当两极板间加上上万伏电压时发生了强烈的放电现象，闪电击中了模型人，甚至燃烧了起来，显然，如果我们处在模型人的这个位置也难逃一劫。但是我们班有一位同学，他有抗闪电的超能力，有请我们的superman闪亮登场。
哪位同学想采访一下superman?
我刚才注意到同学们摸了superman的手套和衣服，发现有什么不同吗？
下面我们就来研究超人超能力背后的原因
我们知道金属导体的内部存在大量自由移动的电子，把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，导体内的自由电子受到库仑力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，这样，在导体的AB面上将出现负电荷，在CD面上将出现正电荷，这就是前面研究过的静电感应现象。那么，这个过程会一直持续下去吗？请大家思考这个问题，我们可以组内同学讨论讨论。
哪位同学能谈谈你的看法？
大家有不同意见吗？
在刚才同学的叙述中我们知道，导体两面出现的正负电荷在导体内部产生与E0方向相反的电场E′,它的电场线用虚线表示。这两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。但是，只要导体内部的电场不为零，自由电子就会继续做定向移动，导体两面的正负电荷就会继续增加，导体内部的电场就会进一步消弱，直到导体内部各点的合电场等于零为止。于是，导体内的自由电子不再发生定向移动，这时我们说，导体达到了静电平衡状态。
静电平衡虽然需要一个过程，但是这个过程是很短暂的，当导体达到静电平衡时，它内部的合场强为零
那么导体的电势分布有什么特点呢？
导体中有A,B两点，请同学们思考这两点哪一点电势高？
为什么？
A,B两点电势等高，A,B两点是任意选取的，具有普遍性，所以整个导体是等势体，导体表面是等势面。
学生之间互动
有点硬，有金属，绝缘材料制成
讨论
会，因为导体一直处在电场中，一直受到电场力的作用。
不会，因为把导体放到电场中，由于静电感应现象，导体两端会感应出等量异种电荷，感应电荷产生的电场与已知电场相反，电子会受到方向相反的两个电场力的作用，当受力平衡时就不会再移动了。
一样高
因为导体内的合场强为零，所以电荷在导体内的受力为零，电场力做功就为零,电势能的变化就为零，所以AB两点电势一样高。
引出新问题
唤起旧知
从逻辑上进行推理论证
学习新知
推理，论证
解释超能力背后的原因
ppt
分组实验
演示实验
通过实验证实猜想
课堂小结
课外研究延伸
概括总结
我们知道了当导体达到静电平衡时，它内部的合场强为零，导体是等势体，那么导体内部还有净余的电荷吗？
其他同学同意他的意见吗？
既然导体内部没有净余电荷，即使我们将这样的导体挖空，也不会对它原有的电场和电荷分布产生影响。
那么，现在大家能不能解释superman超能力背后的原因呢？
衣服里有金属，形成了一个金属壳，人被包围在了金属壳的内部，当人穿着这样的衣服处在电场中时，他会瞬时达到静电平衡，此时，衣服内的合场强为零，衣服是一个等势体，因此保护了我们的同学不受伤害，我们也把金属壳的这种保护作用称作静电屏蔽。
起先人们在衣服的面料里织入了密集的金属丝，整件衣服就像一个金属壳，随着工艺的发展和进步，人们用导电纤维和阻燃纤维替代了金属丝，大大提高了衣服穿着的舒适性和耐磨性。工人师傅们穿着这样的衣服就可以进行高压带电作业，减小了由于停电维修带来的经济损失，我们称这样的衣服为高压带电工作服。
前面我们了解了一个不带电的物体放到电场中达到静电平衡时感应电荷分布在导体的外表面，那么，对于带电的物体达到静电平衡时电荷又该如何分布呢？
下面，我们就借助老师给大家准备的实验器材来探究带电导体电荷的分布。
带电导体上电荷的分布特点：
猜想→设计方案→分组实验→分享交流→得到结论
器材：感应起电机、验电丝线、导线、胶带、验电金属箔，自制教具
总结:
刚才我们的同学们用不同的方法来检验电荷的分布得到了相同的结论，带电导体的电荷分布在外表面，内部没有电荷。
那么，如果实心的带电导体电荷会分布在哪呢？
为什么？
无论是实心的带电导体还是空心的带电导体，电荷都会分布在导体的最外表面上，而内部是没有净电荷的。
带电导体的电荷分布在导体的外表面上，那么它的分布是均匀的吗？是否有疏密的差异呢？
大家和我一起再来观察实验
我们在模型人的旁边竖立一根钉子，我们知道，电场越强，空气越容易被击穿发生放电现象，那么，大家现在观察我们的实验。
大家能否根据我们观察到的实验现象分析出电荷分布在导体的外表面时是否有疏密的差异？
这个问题我们可以组间的同学讨论一下，谁来说说你的看法？
在钉子的尖端产生的放电现象，说明它周围的电场比较强，空气容易被击穿，说明它周围的电荷分布比较密。因此，当电荷分布在导体的外表面时，尖端的地方电荷分布较密，凹陷的地方几乎没有电荷。
我们把导体尖端发生的放电现象称之为尖端放电。
那么，我们可以利用导体尖端分布的特点制作成避雷针来保护我们的建筑物免遭雷击的伤害。
大家能不能举出一些我们生活中防遭雷击的方法呢？
如果在下雨的雷雨天里面我们开着车自驾游在外的时候，如何来保护自己呢？
这里面是利用了什么呢？
我们可以利用静电屏蔽的保护作用和尖端放电的原理来保护我们免遭雷击。
我们在课前布置了任务，以学习小组的形式分别从生活中静电的应用，生产中静电的应用，静电危害的防护等角度收集有关实例，下面，有请同学们上台来展示，哪些可以用我们学过的知识解释其中的道理。
我们的物理来源于生活，还要回归于生活，愿同学们能够拉起理想的风筝，让它在知识的天空中越飞越高，虽然我们的课堂即将结束，但我们的学习和探索是用不停止的。
没有
因为如果内部还有净余电荷的话，它会产生电场，那么自由电子就会定向移动，就不会平衡。
同意
衣服里面有金属，被屏蔽
聆听、思考
学生展示
外表面
如果在导体内部有电荷的话就会存在电场。电荷就会定向移动，就不属于平衡状态了。
是（不是）
我们看到钉子的尖端和上级板产生了放电现象，说明缝衣针的尖端周围电场强度比较强，所以它的电荷分布比较密。
学生思考回答
躲在车里
静电屏蔽
学生上台展示
启发、点拔
理论联系实际
思考讨论
培养学生探究能力，
培养思维推理，知识迁移能力
解决问题能力
联系实际
情感态度价值观渗透
5.学习效果评价设计
《静电现象的应用》学习效果评价表
评价指标（权重）优
良合
格不合格自评师评学习完成情况（50分）知道静电平衡的特征以及常见静电现象（20分）知道静电平衡的特征（15分）对什么是静电平衡的认识有点模糊（8分）初步掌握静电屏蔽和尖端放电的的规律（20分）基本知道静电屏蔽和尖端放电相关知识（15分）只知道静电屏蔽和尖端放电，不理解其中的原理（8分）能应用静电相关知识分析并解决实际的问题（10分）只能基本利用静电相关知识分析实际的问题（8分）模模糊糊分析实际的问题（8分）自主探究
（20分）能提出探究带电物体电荷分布特点的实验设计方案，并独立完成（20分）不能提出探究带电物体电荷分布特点的实验方案，但能独立完成老师提供的方案（15分）不能独立进行实验，效果差（5分）合作交流
（15分）小组成员共同努力完成探究实验并提出新的设计方案（15分）小组成员合作较好，能基本完成他人提供的实验方案（10分）小组成员之间表现不好，不能完成探究任务，效果差（5分）解决问题
（15分）能很好地运用知识解决简单的实际问题（15分）简单的实际问题解决效果一般（10分）不能解决简单的实际问题（5分）合
计等第：1、优良：80分以上；2、合格：60分以上；3、不合格：60分以下
6.本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点(300-500字数)
《静电现象的应用》的传统教法是讲授式为主，本教学设计将在综合运用传统的讲授式、启发式教学法的同时基于学生学习的角度渗透探究式课堂教学策略。
首先在开始上课时利用静电贴展示课题，通过模拟闪电，superman抗闪电互动小游戏，激发学生的好奇心，使他们产生强烈的求知欲，然后引导学生层层深入、积极主动地去探究问题。整节课围绕“观察实验现象──发现问题──探究问题──解决问题”的主线展开：实验模拟闪电，superman抗闪电互动小游戏──引起兴趣──学习静电平衡状态及其特征──学生实验探究带电导体电荷分布规律──得出结论──学生实验体验──理论联系实际：学生展示生活中的静电现象。
本教学设计将实验探究设定在“带电导体电荷分布规律”上，利用感应起电机、金属盒、验电羽等简单实用器材使探究实验变得简单直观生动，易于实现，探究易于控制在较短时间内完成，取得了非常好的教学效果，同时很好的体现了新课程理念，培养了学生的探究能力和科学精神，使学生获得科学探究过程及思维方式的真切体验和深刻印象。而静电平衡的形成过程因为过于抽象，太难实验探究而改用flash动画模拟演示的方式进行学习，同样尊重实际而不是为了探究而探究，适合探究的充分进行探究，不适合探究的尊重实际。
本教学设计的特色是对教学中的实验进行了大胆创新，在实验中融入了生活气息和人文精神，而对于不容易操作的法拉第圆桶实验和带电锥形导体电荷分布的实验都改在了课外开放性实验活动中，这样可以保证充足时间使学生们体验实验过程，又保证了高效的课堂。另外，本次教学设计中使用的“高压屏蔽服”“大型金属屏蔽笼”都是一大亮点！
板书设计：
一．静电平衡
1．静电平衡状态
2．特征：（1）导体内部E内=0
（2）导体是等势体，表面是等势面。
二．带电导体电荷的分布
1．分布在导体的外表面，内部没有电荷。
2．导体越尖锐的位置电荷分布越密。
三．应用
1．静电屏蔽
2．尖端放电
3

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