高中物理静电现象的应用教学设计学情分析教材分析课后反思.docx
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高中物理静电现象的应用教学设计学情分析教材分析课后反思
“静电现象的应用”教学设计
1设计思想
旨在提升学生物理学科核心素养的教学,应坚持不懈地为学生创设现象鲜明的物理情景,让学生从切身体会中建立物理观念,还应为学生提供面对问题、分析问题和解决问题的机会,从而让他们在主动学习与探究中养成行为习惯,发展关键能力。
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,这些都是学生所难以掌握的。
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忆,而对于如何用它们来分析问题、解决问题更是不得要领。
本教学设计先通过创新静电演示实验和学生实验呈现物理现象,让学生建立直观的感性认识,再引导学生构建物理模型,利用所学的电场知识分析推理现象背后的物理实质,形成物理观念,提高学生科学探究和科学思维的能力。
此外,还设计了社会调查作业“调查生活和生产中静电现象应用和防护的实例”,让学生以学习小组的形式收集资料并形成书面报告,学生在完成作业的过程中充分体会到科学·社会·环境的关系,培养科学态度和社会责任感。
2设计方案
2.1教学目标:
(1)物理观念
知道导体的结构特征,会分析并理解导体的静电感应过程,理解导体达到静电平衡状态时的特点。
(2)科学思维
能够结合实验建立静电屏蔽和尖端放电的物理模型,并在老师的引导下利用所学的电场知识做出正确的推理解释。
(3)科学探究
通过观察演示实验、设计并操作学生分组实验,能够体验科学探究的过程,提炼出实验结论,并能用合适的语言将其与同学分享交流。
(4)科学态度与责任
通过观察、查阅资料等方式,收集生活和生产中静电现象的应用及防护实例,撰写研究报告,体会科学·社会·环境的关系。
2.2教具
(1)静电屏蔽演示器材(如图1):
辉光球(魔球)、日光灯管、金属网罩。
(2)导体电荷分布实验器材(如图2):
感应起电机、带有绝缘底座的金属盒(自制教具)、铝箔纸、导线若干。
(3)避雷针演示器材:
电子式感应圈、雷电形成及避雷针原理演示仪(自制教具)。
(4)课件《静电感应及静电平衡过程》
2.3教学过程
教学设计流程图
2.3.1演示实验,导入新课
设计思路:
利用鲜明的对比实验现象,让学生带着猜想进入新课,迅速调动起学生的求知热情,提高兴奋点。
演示实验1、打开辉光球(魔球),教师手拿日光灯管靠近辉光球。
并邀请学生上台体验上述过程。
学生观察到:
日光灯管发光(如图5甲所示)。
教师:
是什么魔力让老师徒手点亮日光灯?
学生猜测:
……。
结论:
是辉光球产生的电场。
演示实验2、用金属网罩罩住日光灯,再次让靠近并接触辉光球。
学生观察到:
日光灯管不亮(如图5乙所示)。
教师:
为什么用金属网罩罩住日光灯管,灯管就不再发光了?
让学生甲近距离观察触摸网罩。
学生甲:
网罩是金属的。
过渡:
金属网罩可以阻止辉光球的电场对日光灯管产生影响,说明金属导体放入电场中会有特殊的现象发生,我们就先来研究电场中的导体。
2.3.2建立模型,寻源探究
建立模型:
把实验中的实际问题进行模型化处理,用匀强电场代替辉光球产生的非匀强电场;用不带电的金属板代替金属网罩,这样就将复杂的实际问题抽象成物理模型——匀强电场中的导体(如图6所示)。
设计思路:
通过设置问题链,引导学生深入思考,逐次递进,追寻静电感应的动态变化过程,逐步得到导体的静电平衡状态。
然后利用推理、反证等方法得到处于静电平衡时导体的三个特点
——导体内部电场的分布、导体上电势的分布以及电荷的分布。
在建构概念的过程中,训练学生的分析能力和逻辑思维能力,也让学生真切感受到了物理的思想方法,在潜移默化中逐步形成科学思维,有效培养了学生的物理核心素养。
问题链1(以下问题逐个提出,给学生充分的思考和讨论的时间):
(1)导体为什么能够导电?
(2)导体中的自由电子会不会受到电场力的作用?
(3)受力后自由电子怎样移动?
(4)定向移动后导体两边电荷怎样分布?
(5)自由电子的这种定向移动是否会一直持续下去?
(6)最终会出现怎样的现象?
结论:
最终出现导体内的自由电子不再定向移动,我们把导体内自由电子不再定向移动的状态叫做静电平衡状态,处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为零。
过渡:
内部的电场强度处处为零,是导体处于静电平衡状态的条件,也是其重要特点。
那么,处于静电平衡状态的导体还有什么其他特点呢?
我们来研究下面几个问题。
问题链2
(1)导体内部场强处处为零时,内部还有没有电场线?
(2)导体中任意取两点A、B,两点间的电势差是多少?
(3)导体外表面附近的电场线与导体表面应有什么关系?
(4)导体内部还有没有多余的净电荷?
结论:
处于静电平衡状态导体内部场强处处为零,导体外部表面附近电场线垂直于表面;导体是等势体,表面是等势面;导体内部没有电荷,电荷只分布在导体表面。
(如图7所示)
2.3.3回扣实验,规律应用
设计思路:
利用静电平衡分析静电屏蔽的原因,并举出生活中静电屏蔽的应用,让学生感到物理与生活紧密相连,体会到科学·社会·环境的关系,培养科学态度和社会责任感。
本环节还设置了内屏蔽和全屏蔽的对比实验,体验了科学探究的过程:
提出猜想——实验验证失败——理论分析原因——改进实验后成功。
通过这一过程,学生体会到了科学探究过程中的困难和取得成功后喜悦,提升了科学思维能力。
过渡:
我们接下来做一个操作,沿图中(如图8所示)虚线将导体挖成空壳,剩下的空腔导体是否仍然处于静电平衡状态?
腔内电场强度是多少?
学生思考讨论……
提问学生回答……
学生:
空腔导体仍然处于静电平衡状态,腔内电场强度为0。
设问:
现在同学们能否解释一下我们开始做的实验,为什么用金属网罩罩住日光灯管,灯管就不再发光了?
学生思考讨论……
学生:
金属网罩处于静电平衡状态,内部场强为0,外电场对壳内的灯管不会产生影响,所以灯管不再发光。
过渡:
金属网(壳)的这种作用叫做静电屏蔽,静电屏蔽可以保护电学仪器免受外电场的干扰。
现在我们如果有多个日光灯管,相等于有多个电学仪器需要保护,而我们只有一个金属网罩,该怎么办呢?
学生:
将辉光球罩上。
教师:
很好,我们用实验来验证一下。
演示实验3:
打开辉光球,罩上金属网罩,教师手持日光灯管靠近并接触网罩。
学生观察到:
灯管仍然发光(如图9甲所示)。
学生表现:
失望、疑惑……
建立模型:
将辉光球看做点电荷,网罩看做空腔导体,建立模型——空腔导体内放入点电荷。
多媒体演示模型静电感应过程,发现空腔外表面有感应电荷,所以外部空间仍然有电场,故日光灯仍然发光。
设问:
怎样移走空腔外表面的电荷?
学生:
将空腔接地。
演示实验4:
学生辅助用手将空腔接地,教师手持日光灯管靠近并接触网罩。
学生观察到:
灯管不再发光(如图9乙所示),实验成功。
学生表现:
兴奋、喜悦……
结论:
不接地的导体壳(网)可以阻止外电场对壳(网)内空间的影响,称为外屏蔽;接地的导体壳(网)还可以阻止内电场对壳(网)外空间的影响,称为全屏蔽。
举例:
静电屏蔽的应用。
(1)电子仪器采用金属外壳。
(2)通信导线的外层要包裹铝箔层和金属网编织层。
(3)高压带电作业的工人穿戴的工作服,是用包含金属丝的织物制成的。
2.3.4分组实验,完善结论
设计思路:
学生通过分组实验,利用自制教具,研究孤立带电导体电荷的分布。
各小组学生协作完成(提出猜想——设计方案——操作实验——完成报告)的实验过程,然后各小组分享交流实验结果,得到最终结论。
过渡:
前面研究了处于电场中的导体达到静电平衡状态时的特点,知道了导体的电场强度、电势和电荷分布,得到了金属壳(网)具有静电屏蔽的性质。
下面我们来研究孤立的带点导体,它的电荷又是如何分布的呢?
分组实验:
学生分组,利用感应起电机、金属茶叶盒(自制教具)、铝箔纸、导线,探究带电导体上电荷的分布情况。
分享交流:
找两个小组交流实验结果。
现象:
利用感应起电机使金属盒带点后,贴在金属盒和外表面的铝箔片飘起,而贴在金属盒内表面的内表面的电荷纹丝不动。
结论:
带点导体内部没有电荷,电荷只分布在导体表面。
该特点与电场中的导体静电平衡时的特点一致,这说明孤立带点导体也是处于静电平衡状态。
设问:
导体表面的电荷又是怎样分布的?
是均匀的、还是与某些因素有关?
学生思考……
引导问题推理:
同种电荷相互排斥,所以规则球形导体电荷会均匀分布,而狭长导体电荷会挤到尖端。
结论:
导体上电荷的分布规律——导体内部没有电荷,电荷只分布在导体表面;在导体表面,越尖锐的位置电荷密度越大,凹陷位置几乎没有电荷。
2.3.5实验证明,尖端放电
设计思路:
通过演示实验模拟雷电下的高楼和避雷针的工作原理,验证了导体表面电荷分布规律,加深了对尖端放电现象的认识。
举出生活中尖端放电的应用和防护的实例,学生认识到事物的两面性。
演示实验5:
无避雷针时高楼遭受雷击、有避雷针后高楼得到保护(如图10所示)。
归纳终结:
安装避雷针后,只有尖端发生了放电现象,而其他部位没有,这证明了导体尖端所带电荷密度最大。
设问:
名为尖端放电,是不是真的把尖端的电荷放到了空中?
建立模型:
尖型导体代表避雷针,导体平板代表云层,它们之间是空气分子。
多媒体动画演示:
空气电离。
举例:
尖端放电的应用
(1)避雷针:
多媒体展示各种形状的避雷针包括我国古代的避雷针
(2)电子点火器:
煤气灶、打火机
举例:
尖端放电的防护
(1)高压输电线的表面要打磨地非常的光滑。
(2)干燥的冬天不要用手指尖去触碰金属把手,要常洗手。
2.3.6课堂小结
借助于PPT和板书,对本节课的教学内容进行回顾和整理,让学生在头脑中建构出自己的知识结构,培养学生学习物理的良好习惯和方法。
2.3.7作业:
调查生活和生产中静电现象应用和防护的实例
利用生活中丰富的静电现象,以学生为中心,开展社会调查、收集资料、合作交流等学习活动,提升了学生的科学应用能力,丰富了学生的学习生活。
2.4教学反思
在新课标背景下,教师的教学观念也应相应转变,应从注重知识记忆转变到注重知识理解,从基于习题训练转变到面对实际问题解决。
因此,本教学设计围绕两个演示实验,按照下面的思路展开,演示实验——观察分析——建立模型——理论分析——规律总结——应用实例。
演示实验直观、明了,有实在感、可信服感,由现象入手,通过建模、分析、推理论证得到物理规律,学生置身于规律探索过程中,主体性得到了很好的体现,同时科学思维和科学探究的能力也得到了训练。
另外,在分组实验中,学生观察到现象后,很自然的认为金属盒外部箔片飘起是受到风的影响,然后改进实验条件,阻挡空气流动,发现现象依旧,才得出最终结论。
这一过程让学生感受到科学实验是一个严谨而复杂的过程,建立了正确的科学观念。
静电现象广泛存在于我们的生活中,因此这节课的教学要与生活融通,给学生提供应用物理研究生活的机会,学生在完成作业收集资料的过程中充分体会到科学·社会·环境的关系,也培养了科学态度和社会责任感。
学情分析
在这节课之前,学生已经在第1节学习了静电感应现象,了解了感应起电的原理。
在第3-6节,学生学习了电场强度和电势这两个反映电场基本性质的重要物理量,掌握了一定的分析静电现象的能力。
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,这些都是学生所难以掌握的。
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忆,而对于如何用它们来分析问题、解决问题更是不得要领。
效果分析
1.本节课的实验设计是亮点,几个十分精彩的实验,在课堂教学过程中,极大地丰富
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- 高中物理 静电 现象 应用 教学 设计 情分 教材 分析 课后 反思