7.《靜電現象的應用》教學設計一、課題：人民教育出版社高中物理選修31第一章第七節《靜電現象的應用》二、教材分析：處于人民教育出版社高中物理選修31第一章《靜電場》第七節，本章前六節主要從力學和功能關系方面研究靜電場，為章內后三節內容的教學與學習奠定了基礎知識和構建了思維模型。根據課程標準的要求：了解靜電現象及其在生活和生產中的應用，能用原子結構和電荷守恒的知識分析靜電現象。作為靜電場中特有的靜電感應現象，本節是對該現象的深入研究，并由此引出其在生產生活中的廣泛應用價值。《靜電現象的應用》這節內容是本章的難點，內容抽象且深奧，現實生產生活中應用范圍較廣，實例較有趣味性和實用性。本章作為高中電磁學的基礎，本節則體現著該章基礎內容的實例應用，凸顯出了分析動力學知識和電學知識相結合的分析問題的一般過程思路和方法。其中有關導體的靜電平衡狀態的內容處理應基于學生已有的靜電場基礎知識，并結合學生的動力學基礎從而展開電場中動態問題的分析教學，內容看似抽象復雜，實則意義非凡，為展開電磁學的教學提供了一般的引領示范作用。從生活角度走進物理進行本節課《靜電現象的應用》的研究學習，學生體驗了物理中所提及的靜電感應現象就在身邊且生產生活中涉及面廣，現實生活中的實例更能說服學生從生活中發現物理規律和構建分析物理問題的思維模式，讓學生認識到生活現象就是物理研究的大寶庫，物理來自于生活，更應用于生活。三、學情分析：處于高二年級的學生，其具有一定的物理學科素養和知識儲備。學生在高中必修一和必修二中已掌握了動力學的基礎內容和具有了一定的分析簡單動態平衡問題的能力，利用靜電場的基礎知識并結合已有的物理知識體系，對于學生而言理解靜電感應現象比較容易，然而導體的靜電平衡狀的理解相對較為抽象且復雜，需要教師在教學內容方面的必要引導和幫助學生釋放學科的思想“包袱”，鼓勵學生大膽的提高自身的分析能力，從而使其樹立學科信心。靜電現象在現實生產生活中的應用，比如靜電平衡、尖端放電、靜電分離、靜電除塵等內容，教學基于學生對導體的靜電平衡狀態的理解，考察學生的分析能力，在教師的適當引導下，實例應用對于學生而言比較容易接受，在實驗活動中利于學生理解物理規律、構建物理思維，無形之中提高其綜合分析能力。四、教學目標：（一）知識與技能：1、知道靜電感應現象，理解靜電平衡狀態；2、掌握靜電平衡狀態條件及導體特點（內部場強處處為零；導體是等勢體，表面是等勢面，原電場方向與導體表面相垂直；凈電荷分布在的導體外表面且尖端較密集）；3、理解靜電屏蔽和知道其相關應用，理解尖端放電和知道其相關應用；4、知道靜電分離和靜電除塵的相關應用。（二）過程與方法：1、通過分析靜電感應現象產生的原因，讓學生理解靜電平衡狀態；2、通過生產生活中的現象發現物理問題，從而展開科學猜想、理論推導、實驗驗證的過程，幫助學生構建研究物理問題的一般方法。（三）情感態度與價值觀：1、在探究活動中，能根據已有知識，運用邏輯推理，對觀察到的現象進行合理的解釋；2、通過靜電現象實例分析，體悟物理學給人類帶來的便利，從中體會利用靜電知識所帶來的益處（如靜電屏蔽、靜電分離和靜電除塵等）和避免災害的方法（如在加油站中的注意事項、防雷電的常識等），感受物理來自于生活而又應用于生活，進而培養學生學習物理的興趣。五、課型：新授課六、課時：第一課時七、教學重點１、掌握靜電平衡狀態，理解導體處于靜電平衡狀態的特征；２、靜電現象的應用。八、教學難點理解靜電平衡條件E內=0的理解及靜電感應現象的解釋。九、教具或學具：用多媒體軟件制作課件（Focusky軟件）、自制教具一（簡易煤氣灶演示器）、自制學具（簡易靜電分離盒）、自制教具三（煙囪中的簡易靜電除塵器）、輝光球、日光燈管、高壓感應圈、鋁紙球與黃豆混合物、易拉罐、一次性塑料飯盒、鋁板、感應起電機、金屬網罩、驗電器、玻璃棒、絲綢、鐵架臺、酒精、棉花、圖釘、試管夾、燒杯、火柴、剪刀、導線、接線板等。十、教學方法：講解《靜電現象的應用》這節內容時，主要采用演示法、啟發式法、實驗法、分組討論法和練習探究等方法，學生依靠教師的引導和演示實驗、圖片展示、視頻欣賞、理論解析、合作分組實驗探究和直觀教具，結合師生互動、生生互動和人機互動逐步達到學生掌握知識、發展其能力的三維教學目標的要求。開始導入新課開始導入新課課件演示實驗四“輝光球點亮日光燈”演示實驗一“附有靜電貼的紙質標題”參與思考靜電平衡狀態定義、條件和特點課件演示實驗二剪開防靜電服角料參與討論、思考、總結和記錄演示實驗三（2個）“玻璃棒、金屬網罩與驗電器”演示實驗五罩有金屬網罩輝光球點亮日光燈參與思考演示實驗六罩有金屬網罩且接地的輝光球未點亮燈靜電屏蔽：1、外屏蔽課件參與思考總結，靜電屏蔽：2、全屏蔽課件學生判斷視頻一靜電引起加油站的火災課件尖端放電演示實驗七課件實驗八（自制教具）：簡易煤氣灶演示器課件避雷針與防雷電常識等應用與加油站注意事項課件分組實驗：分離鋁紙球與黃豆課件參與總結：靜電分離靜電除塵演示實驗九（自制教具）教師補充課下研討教師補充結束學生揭秘參與思考總結，靜相關應用與加油站注意事項課件十一、教學過程：教學環節與時間分配教師主導學生主體設計意圖一、從有趣的情境入手（約5分鐘）由發生在自助加油機前的一幕情境引入新課：【視頻一】自助加油過程中因靜電而釀成的火災【教師引導】咱們自己加油怎么就存在這么大的隱患，到底是什么惹的禍？【教師引導】看來靜電不好惹，日常生活中又該如何防止靜電與利用靜電呢？今天我們就一同探究《靜電現象的應用》。【演示實驗一】教師利用濕抹布擦了一下黑板，直接將本節的紙質標題貼在了黑板上。1、火災一幕引發學生的思考，結合生活經驗比較容易聯想到“靜電”。2、標題呈現方式一反常態，濕抹布擦了一下黑板就直接將紙質標題貼在了黑板上，新穎的方式更能引起學生的好奇與學習的欲望。1、結合發生在自助加油機的一幕，讓學生意識到靜電現象是常見的，也比較容易帶來隱患，激發學生學習興趣，為本節課奠定良好的教學氛圍。二、教學內容主體（約35分鐘）一、靜電平衡狀態【引導式提問】加油站內為什么靜電不去找工作人員，而偏偏喜歡找我們，讓我們更容易引火上身呢？這可能與什么有關呢？【教師引導】他們的衣服與我們的衣服有什么不同？（引發學生思考的時候教師拿出防靜電服的一塊角料，令學生見實物才能更好的理解其中的原理，只憑想象是不夠的。）邀請學生觸摸“角料”，并談及感受。【演示實驗二】學生剪開“角料”并觀察。【教師引導】金屬不是容易導電的嗎？怎么用在布料衣物中確能防電呢？那么我們還得從金屬說起，順勢提及金屬中的一些特性：金屬中有大量可自由移動的電子，電子帶負電。【教師提問】（教師邀請學生在“班班通”觸屏顯示器上畫出答案。）（1）金屬被置于電場中會有什么情況出現？（2）電荷如此聚集，會出現什么結果？【教師梳理】金屬導體中的自由電子會在電場力的作用下發生定向移動，并在導體的兩表面聚集等量的正負電荷，導體內會形成一個附加電場，記作E感。導體內部場強便會削弱。【教師提問】（1）自由電子會一直定向移動向移動下去嗎？（2）什么時候結束？【教師總結】當導體內部合場強為零的時候，自由電子不再發生定向移動，我們就把這種狀態稱為導體達到了靜電平衡狀態。【教師提問】（1）導體內的凈電荷分布在哪兒？（2）在導體內移動任意一個電荷，電場力做功嗎？這意味著什么？二、靜電屏蔽根據以上內容我們來看一個現象。【演示實驗三】（1）用絲綢摩擦玻璃棒，讓玻璃棒同時靠近兩個驗電器，要求學生觀察現象；（2）把其中的一個驗電器用金屬網罩罩起來，重復以上步驟，要求學生觀察現象。【教師引導】這說明什么？金屬網罩隔絕了電場對驗電器的作用，似乎驗電器被“保護”了起來，我們把這樣的作用稱為靜電屏蔽。【教師引導】其實這就好比給金屬網罩穿了一件防靜電服，加油站的工作人員穿的就是它？而金屬網罩保護了網罩內的事物不受外部電場的影響，我們稱其為外屏蔽，引出外屏蔽。【教師引導】如果加油站只有這一件防靜電服，站內又有5名工作人員，又該如何解決呢？學生思考想到了場源，便提出：“用金屬網罩罩住場源電荷。”【教學過渡語句】這里給大家介紹一種驗證的方法。【演示實驗四】輝光球點亮日光燈（關閉教室電燈操作）教師演示輝光球正常發光的時候，提醒學生注意觀察日光燈在靠近輝光球時的現象，黑暗的環境中口述并操作手指所觸及的日光燈的位置的不同導致燈亮的長度的差別。演示結束，打開教室電燈。趁著學生好奇和疑惑的眼光，順勢講解輝光球原理，便于學生之后的驗證實驗的設計。教師講解輝光球原理：工作時，球中央有一高電壓電極（類似于點電荷），電場呈輻射狀。球內充有稀有氣體（如氬氣等）。高電壓電場便會電離稀有氣體而使得球內光芒四射，呈現出輻射狀輝光。球內向外輻射出的電場作用于日光燈中的氬氣汞蒸氣等，使其相互激發產生紫外線，紫外線作用于燈管壁上的熒光物質而使燈管點亮。【教師引導】現如今驗證場源電荷被金屬網罩罩住后是否會對網罩外的事物產生作用，我們就可以通過用金屬網罩罩住輝光球，用日光燈是否能被點亮進行驗證。【演示實驗五】金屬網罩罩住輝光球，日光燈靠近輝光球（教師提醒學生觀察燈管是否被點亮）。【現象】燈管被點亮。【教師提問】沒有成功屏蔽場源電荷，（1）這是為什么？（2）我們又該怎么做？（邀請學生完成接地操作。）【演示實驗六】金屬網罩罩住輝光球并將金屬網罩接地，日光燈靠近輝光球（提醒學生觀察燈管是否被點亮）。【現象】燈管沒有被點亮。【教師總結】這樣的一種屏蔽方式我們稱其為全屏蔽。金屬網罩不僅屏蔽了外部對內部的影響，也能屏蔽內對外的影響，但要注意“接地”這一前提。【提出應用】特殊線纜屏蔽靜電場、屏蔽袋幫助電敏感元件屏蔽靜電場、高壓屏蔽服和防靜電服。【教師引導】日常生活中我們要做好靜電的防止，但靜電的用途也非常的廣泛。三、尖端放電【教師引導】達到靜電平衡狀態的導體，電荷既然分布于導體外表面，電荷分布是否均勻，與什么因素有關？來看一個現象。【演示實驗七】利用高壓感應圈，將兩“金屬釘”光滑端相對放在兩極之上，打開電源觀察現象；將兩“金屬釘”光滑端相對放在兩極之上，打開電源觀察現象。【教師提問】（1）這說明什么？（2）尖端相對產生電火花的原因是什么？【教師總結】提出尖端放電的概念。【教師提問】家中是否有類似高壓感應圈的裝置，利用了尖端放電原理？學生說到：煤氣灶、打火機等。教師提出親自制作了一個簡易的煤氣灶。【演示實驗八】利用自制教具一：簡易煤氣灶演示器，進行沾有酒精的棉花的點燃。學生描述原理：尖端放電，引起酒精燃燒，酒精放熱，引起棉花同酒精一塊燃燒。【精心環節】邀請學生使用煤氣灶。【現象】棉花未被點燃學生猜測：可能是棉花沾的酒精量不夠。【學生操作】給棉花又多加酒精，重復操作。【現象】棉花未被點燃學生疑惑，有些學生可能猜測老師在實驗過程中動了手腳，要求查看，學生發現：“棉里藏針”——棉花里面藏有一圖釘。【學生操作】去除棉花中的圖釘，重復操作。【現象】棉花被點燃【教師提問】為什么“棉里藏針”就能有效地保護棉花呢？【教師引導】看來圖釘可以保護棉花，日常生活中是否有如此的應用？【教師引導】列舉生活中運用了尖端放電原理的事物：避雷針、打火機、煤氣灶等。【教師引導】在雷雨交加的天氣，建筑物可以有避雷針保護，但作為個體的我們又應該如何防雷電呢？【視頻二】雷雨交加的天氣，在樹下避雨時接通，釀成悲劇。【教師總結】防雷小常識。四、靜電分離【教師引導】以上利用靜電知識能使我們免遭災害，除此外靜電現象還有哪些具體應用呢？【課題引出】這兒有一個難題，如何分離鋁紙球和黃豆。【學生分組實驗】將鋁紙球從黃豆中分離出來。【實驗器材】自制學具——簡易靜電分離盒、易拉罐鐵盒、雙面膠、感應起電機、導線、黃豆和鋁箔紙球混合物等。【教師引導】（1）如何設計？（2）能否直接將盛有混合物的的鐵盒直接放進“靜電分離盒”中？為什么？實驗結束后，部分學生總結實驗并展示成果。五、靜電除塵【教師總結】靜電除了能分離這樣的混合物，其實在工農業生產中還會涉及礦物分離、選種等。除了靜電分離的應用外，還有什么應用呢？請同學們觀察這個煙囪，近些年煙囪冒濃煙的情況越來越少，這與其中的一個裝置起到的作用分不開——靜電除塵裝置。【演示實驗九】演示靜電除塵。1、學生猜測：可能的加油步驟的嫻熟程度、加油的技巧差異、衣服等。2、學生說道：“硬、有夾層”等。3、學生發現布中卻有夾層似金屬網。4、學生表示贊同，投來疑惑的眼光。5、學生答出：（1）電子會在電場的作用下發生與場強方向相反的定向移動并聚集于導體的一個表面，而導體另外一個表面由于靜電感應現象而感應出等量的正電荷。（2）由感應電荷產生出一個新的電場。6、學生回答：不會，直到導體內部合場強為零，即電子所受的兩個電場力平衡時，自由電子不再發生定向移動。7、學生回答總結出到提出與靜電平衡狀態的特點：（1）內部場強處處為零；（2）導體是等勢體，表面是等勢面，原電場方向與導體表面相垂直；（3）凈電荷分布在的導體外表面且尖端較密集。8、學生描述：（1）金屬箔張開，這為靜電感應現象；（2）被金屬網罩罩起來的驗電器金屬箔沒有張開，而未被罩起來的驗電器金屬箔張開。9、學生表示贊同，拓展了學生的知識面。10、提出日光燈不與電源相連也能被點亮，產生認知沖突，激發學生的好奇心并引起學生的注意力。11、利用輝光球點亮日光燈，不符合學生原有的認知，易于造成學生強烈且深刻的常識沖突，引發學生的思考，再結合已有的靜電場知識，學生猜想現象可能與靜電感應有關。12、（1）學生觀察到黑板上的圖（點電荷被金屬網罩罩住，前文有所提及）思考后說出原因：在金屬網罩外表面會感應出電荷，金屬網罩外仍然有電場，因此仍能作用于日光燈。（2）學生提出：可以將金屬網罩接地。13、學生描述：兩個尖端相對產生電火花。14、討論后學生回答：（1）導體尖端處凈電荷分布密集；（2）兩尖端處電荷密集，中間就形成強電場，強電場內本身有少量的帶電的空氣離子，在強電場作用下發生劇烈運動而撞散空氣分子，使空氣電離，空氣中就有了大量的空氣離子，離子帶電就分別奔向尖端兩極，發生中和，尖端就放電了。15、反復的實驗操作，不斷引發學生思維沖突，學生注意力更積集中。16、學生回答：尖端放電現象。17、學生反應到：避雷針。18、學生回答：（1）將“靜電分離盒”中的上下極板連接在感應起電機上，將混合物倒入“分離盒”內，“分離盒”盒蓋用白紙包起來且將面向盒內的一面粘上雙面膠，進行實驗。（2）不能。可能引起靜電屏蔽。19、學生觀察靜電除塵實驗，親眼見證了除塵的效果，更有利于學生接受靜電現象的應用。1、讓學生在演示實驗中觀察現象思考問題的實質，由想象中的現象變為眼前的情境。2、根據已有知識素養，進行判斷，利于思維提升。3、學生總結，利于其掌握相關學習方法。4、用實際的演示實驗，更利于學生觀察現象，得出一般規律。5、引發學生思考，提出用金屬網罩罩住場源電荷，符合正常思維認知。6、闡明輝光球點亮日光燈的原理，便于引出驗證性實驗。7、由驗證試驗得出結論更利于學生理解接受所學內容，眼見為實。8、通過驗證性實驗和改進措施，更利于學生牢記“全屏蔽”的特點及注意事項。9、加強情感態度價值觀滲透，物理來自于生活，也運用于生活。10、由親眼所見的現象得出規律，更利于學生培養良好的分析問題的能力。11、將靜電現象的應用呈現于實物之中，更能讓學生體會物理可用于生活。12、一系列自制教具一：簡易煤氣灶演示器的實驗設計，讓學生加強了內容的理解，反復的思維沖突，讓學生明白物理是需要猜想和驗證的。13、“棉里藏針”，從而很好地引出避雷針這一應用。14、學生親自動手感受靜電現象的應用，對本節內容的知識的理解也會變得更加透徹和深刻。15、靜電除塵又加深了學生理解靜電現象的普遍性。三、總結及分組研討作業（約5分鐘）【探究活動】課下分組研討：靜電除塵原理及煙霧粉塵如何運動。【總結】本節課圍繞靜電現象以及靜電平衡狀態展開，具體提及了四個方面的應用，但都是涉及了帶電體在電場中的運動。“禁區”內禁止接打、發短信、上網，不得使用閃光燈照相；嚴禁穿、脫、拍打化纖服裝，以免產生靜電等。【游戲】加油站中的標識識別。學生搶答，獲勝者教師獎勵。【獎勵內容】允許該名學生揭掉本節課的標題。【學生揭秘】標題后面用了靜電貼。【教師總結】生活中有許多的靜電現象，有些給我們帶來便捷，有些給我們帶來麻煩，希望同學們可下用好靜電，防好靜電。1、明確本節課主要內容，學生掌握重要方法。2、學生以游戲的心態牢記了加油站內的注意事項，讓學生在學中理解生活，在游戲后揭秘“標題”后的秘密。學生再一次感受到生活中有很多的靜電現象，需要我們防好靜電更要用好靜電。1、引導學生總結知識內容，明確重點知識，有利于學生日后學習。2、靜電貼的利用再一次說明生活生產中有很多的靜電現象。【板書設計】四、教學反思回想起《靜電現象的應用》這節課的教學片斷，我對該堂課進行教學反思如下：首先，這堂新課的引入很成功。以“輝光球點亮日光燈”的現象引入本課，制造認知沖突、激發學生的興趣，順利將學生的思