1、電場中平面上的等勢線描跡法教學設計【教學目標】1學會用描跡法畫出電場中平面上的等勢線，加深對靜電場、電勢等概念的理解。2強化“等效代替法”是進行物理研究的重要方法。3培養學生實驗的主動性、規范性和科學、嚴謹的實驗素養。【教學重點、難點分析】本實驗是用恒定電流的電場來模擬真空中的靜電荷電場、用靈敏電流計的電流指示為零來尋找等勢點的方法，描繪出恒定電流電場中平面上的等勢線，借以研究靜電場的情況。因此本節課的教學重點就尋找等勢點。由于場的抽象性，“電流場”為什么可以代替“靜電場”便構成教學難點。所以本節課的關鍵就是如何設計思維梯度，幫助學生建立起等效代替的思想。同時在實驗操作過程中，注意實驗方法、操

2、作技巧等能力的培養。【教學方法】采用引導一一討論操作總結的教學模式。【教具】（器材）1導電紙、復寫紙、記錄紙（白紙）。2塑料板（或用平木板）。3學生電源（68V蓄電池或4節干電池）。4圓柱形電極（3個）。5棒形電極（約10cm長金屬棒2根）6環形電極（直徑約58cm左右的金屬環）。【教學過程】實驗一：模擬異種電荷電場，描繪等勢線。（一）實驗預習（課前完成）閱讀課文內容，總結本實驗的實驗原理，所需要的器材及操作方法、步驟，并思考如下問題：1本實驗為什么可以用恒定電流的電場來模擬靜電場？2為什么要選取基準點？為什么要選取5個基準點？如何選取基準點？3找等勢點能否遞次參照這個等勢點去尋找下一個等勢點

3、？（二）交流討論預習內容提問：本節課的實驗內容是什么？實驗原理是什么？借以引入課題。本實驗的目的是要研究異種點電荷周圍的等勢線，但直接描繪靜電場的等勢線比較困難，由于靜電荷周圍的電場和恒定電流的電場相似，故本實驗采用等效代替的方法，用恒定電流的電場來模擬靜電場。所謂等效代替就是用能幫助我們分析、解決問題的方法替代解決無法直接辦到的事情。如曹沖稱象和阿基米德測定皇冠純度的故事，就是非常典型的等效代替實例。那么在今天的實驗中是如何利用等效代替的呢？我們只有把兩個異種點電荷放在平面上，然后才可以對這兩個電荷周圍的靜電場進行研究。實驗操作中怎樣把這兩個電荷放到平面上供我們研究呢？像教材中（圖實一2）那

4、樣，接通電源后，在A電極上有正電荷，B電極上有負電荷，而這兩個電荷是流動的，并非總在A、B電極上。由于電路中電流是恒定的，在A電極上流走一個電荷的同時又會補充過來一個同樣的電荷。同理，B電極上的電荷亦如此。這就相當于在A電極和B電極上總有一個“靜止”的電荷（電極上并不只有一個電荷，這樣描述只是為了突出等效性，降低理解上的難度）。于是我們可以采用這個方法，將兩個異種電荷“擺放”在平面上供我們研究了。從嚴格意義上說，這個實驗并非靜電實驗，但它卻為我們開辟了一條研究物理問題的有效途徑。提問：我們這個實驗的巧妙之處在哪里？提問：如何在電極間選取基準點？在電極間只找出五個基準點，再多找幾個有必要嗎？提問

5、：靈敏電流計是測量什么物理量的儀器？它有兩個靈敏度，選還是？它在本實驗中的作用是什么？通過教師的引導、講解和學生間的交流討論，顯露出本實驗的大致思路，共同總結出實驗步驟：（l）在塑料板上按順序鋪上記錄紙、復寫紙、導電紙各一張，并用螺釘固定。（2）在導電紙上固定電極，按教材圖實一2甲接好電路。（3）在兩電極間畫一條直線作為基準線，將基準線大致分為六等份，得到五個基準點。（4）閉合電鍵后，將一個探針固定壓在基準點上，另一個探針在基準線的兩側移動，觀察電流計的指針示數。當移動到某點電流計指針示數為零時，此點即為基準點的等勢點，稍用力下壓該探針，將這個點的位置復印到記錄紙上。如此在基準線的兩側各找48

6、個等勢點（相鄰等勢點間距盡量相等，約1cm）。（5）換壓另一基準點，重復上述操作。（6）取出記錄紙，將各個基準點的等勢點連成平滑的曲線，此線即為等勢線。機教材圖實一2乙）（三）選擇實驗器材，進行實驗操作在實驗桌上有意多放幾種實驗器材，供學生挑選，培養學生自主實驗的能力。選出本實驗必用的器材后，將多余的器材放入實驗桌的柜子里，而后開始實驗操作。學生在實驗中可能出現的問題：（l）導電紙有導電物質的一面朝下，或導電紙、復寫紙、記錄紙顛倒放置。（2）使用學生電源時的接線柱選擇錯誤，將電極接在“交流”或接在不穩壓的“直流”接線柱上。（3）等勢點隨意選取，間隔相差太大且不均勻。（4）移動探針過程中誤認為指

7、針不動探針所觸兩點即為等勢點。（5）將探針與電極接觸，使另一探針接觸另一電極或導電紙。（6）電極與導電紙接觸不良。（7）靈敏電流計指針滿偏且出現碰壁現象。（8）導電紙與記錄紙固定不牢，在操作過程中出現錯位現象。教師要針對學生可能出現的問題和學生在實際操作過程中出現的問題，及時給予必要的指示指導。提問：（1）如果電極與“交流”接通或與不穩壓的“直流”接通，請同學們思考一下，電極的電場是否穩定呢？（明確電場不穩，無法描繪出穩定的等勢線）（2）等量異種電荷周圍的等勢面是什么形狀的？（暗示要有目的尋找等勢點）（3）靈敏電流計指針不為零說明什么？其指針的偏向與電流的流向有什么關系？（電流不為零說明兩探針

8、間有電勢差）（4）如何防止指針碰壁現象？（采用點觸方式）這樣學生一邊操作教師一邊提問、提醒，能夠使問題在實驗探索中得到解決。并在尋找等勢點技巧問題上提醒同學們注意總結，學會預測等勢點的大致位置，并根據指針的偏向有目的移動探針，這樣不但能迅速找到等勢點，節省時間，而且還可以幫助學生逐漸認識電場等勢線的形狀，使實驗順利進行。（四）描繪等勢線，進行實驗小結，并向學生提出問題描繪等勢線：（略）小結：（l）電場中等勢線可以畫無數條，但用五條等勢線即可以描述出電場的全部情況。（2）如果電流從哪個探針流入電流計，指針就朝哪個方向偏轉，當右電極接觸電源正極、左側探針固定時，指針向左側偏，應向右側移動探針；指針

9、向右側偏，應向左側移動探針。（3）電極的形狀，決定了它周圍電場性質，也就決定了等勢線的形狀。提問：如果改變電極的形狀，如用棒形、環形電極代替圓柱形電極，它周圍的電場又是什么性質？等勢線又是什么形狀？請你模仿實驗的原理設計兩個實驗，來描繪帶電平行板間的電場和帶電同軸柱面間的電場的等勢線。實驗二：描繪帶電平行板間電場的等勢線。1設計實驗組成：用兩根平行直棒代替圓柱形電極模擬平行板間的電場。（或用兩個大書夾代替）2寫出實驗步驟：（l）將平行直棒電極固定在已鋪好記錄紙、復寫紙、導電紙的塑料板上，構成平行電極板。（2）在平行電極板的中間，畫一條和極板垂直的線作為基準線，把其分成六等份，得到五個基準點。（

10、3）尋找等勢點，方法同實驗一。（4）描繪平行板間的等勢線。3進行實驗操作：（略）附（參考）：1實驗組成：穩恒直流電源、靈敏電流計、探針、電鍵、導線、塑料板、棒形電極。2實驗裝置如圖30一l：鼓勵學生大膽操作，對學生操作過程中出現的問題及時給予指導。實驗三：描繪帶電同軸柱面間電場的等勢線。1設計實驗組成：將棒形電極換成環形電極和圓柱形電極。2寫出實驗步驟：（l）將環形電極固定在已鋪好記錄紙、復寫紙、導電紙的塑料板上，在環形電極的中央固定圓柱形電極。（2）確定基準點。（在環形電極半徑上取三個點，靠近圓柱形電極的間距短些）（3）尋找等勢點方法同實驗一。（4）畫出三條等勢線。注：帶電同軸柱面間電場的等

11、勢線，只要求學生明白是一系列同心圓即可。3進行實驗操作：（略）附：（參考）實驗裝置如圖302：【說明】1本實驗操作簡單，成功率高，學生對等勢點的尋找和等勢線的畫法容易掌握，所以還應該突出等效代替的物理思想和培養學生的主動參與意識，因而要把實驗的主動權交給學生。2本教案將課后“思考”設計在課堂上完成，所以增加了課堂實驗密度，這樣做意在培養學生的知識遷移能力和設計實驗能力（為節省時間、降低難度將器材制作好后供學生篩選）3本節課雖然設計了三個學生實驗，但應以完成實驗一為主，突出其實驗原理、方法，讓學生在實驗過程中邊操作，邊注意總結規律性東西，為進行實驗二、實驗三的設計和操作做知識和技能上的準備。4實

12、驗二、實驗三可視學生完成實驗一的情況，酌情處理。不應以完成三個實驗為目標。實驗二、實驗三亦可以作為課外作業利用其他時間完成。5關于基準點的選取，可用萬用表的電壓檔，將具有一定電勢差的各點定為基準點，本教案未設計，建議如果學生實驗操作能力較強能夠理解和接受的話，不妨試一試。【布置作業】1完成本實驗的實驗報告。2鞏固練習。在實驗中，按下電鍵接通電路，若一個探針與基準點O接觸，另一探針已分別在基準點O的兩側找出實驗所需的兩點a、b（如圖30一3所示），則當此探針與a點接觸時，靈敏電流計的指針應_（填“左偏”、“指零”或“右偏”）；當此探針與b點接觸時，靈敏電流計的指針應_（填“左偏”、“指零”或“右偏”），判斷的依據是_。如圖304為描繪電場中