静电的防止与利用 教学设计

2022年安徽省普通高中新教材新课程优质课评选人教版必修第三册第九章第4节第第页《静电的防止与利用》教学设计安徽省定远中学房舟一、教学指导思想本节课顶层设计以“课标”为指针，以素养为导向，体现立德树人，彰显为国育才，对学生进行价值引领，塑造学生的必备品格。本节课的底层逻辑，还原物理学本来的面目，抓住物理学科的本质，遵循物理学科的认知规律。二、教学内容分析【课标要求】3.1.4了解生产生活中关于静电的利用与防护。（分析讨论静电在激光打印、静电喷雾和静电除尘等技术中的应用。知道在有可燃气体、粉尘的环境中如何防止静电事故。）【单元视角】【教材分析】本节课安排在库仑定律、电场、电场强度之后，学生己经具备了从“力的角度”去研究电场和电荷运动的能力。同时本节课的学习又为后面带电粒子在电场中的加速与偏转奠定了基础。【素养载体】该阶段的学生有较强的好奇心，思维活跃，渴望动手与实验，已经可以在老师的帮助下通过实验归纳出一些重要的结论。学习本节前，已经学过了正负电荷、感应起电、静电力、电场、电场强度、电场线等电学知识，也学习了运动、力、牛顿运动定律等力学知识，为理解静电的防止与利用，奠定了理论基础。【落地关键】在实验中分析静电现象，参与活动与体验，经历体验和自主探究，多维度多感官进行教学，进行深度学习。三、学生情况分析【学习起点】知识储备：已经学过了正负电荷、感应起电、静电力、电场、电场强度、电场线等电学知识，为静电的学习提供了基础。技能储备：前面的学习已具备了较为熟练的实验操作技能。【进阶重点】如何引导学生利用“实验”进行“认知”，在“认知”中进行“冲突”，进而在“冲突”中进行“建构”理解，是课堂中落实素养关键点。四、教学目标【物理观念】建立起静电感应以及静电平衡等观念，这也是本节课的重点。能用物理学视角解释自然现象和解决实际问题。【科学思维】通过实验分析静电屏蔽，尖端放电的原理，这也是本节课的难点。【科学探究】培养学生的科学探究意识。分析静电现象的防止与利用，认识事物的两面性。【科学态度与责任】通过实验培养学生独立思考能力，激发学生的探索与创新意识。教学重难点【教学重点】静电感应，静电平衡【教学难点】静电屏蔽，尖端放电教学方法【教学方法】情境导入启发式教学演示实验【学生学法】实验探究法观察学习法合作探究法七、课时安排：1课时八、教学过程设计环节一、生活中的静电现象活动1：加油站图标知识的学习往往是基于经验体验之上的抽象建构，进而形成概念规律和物理观念的。学生是带着经验进入课堂，己有的经验基础是学习的前提。本节课中，从学生对于生活经验和常识的理解与认知开始，比如从辨认加油站的图标这个己有经验。并辅以问题链设计：问题1：同学们知道这是什么吗？问题2：如果忘记触摸静电释放器怎么办？引起学生的关注，点明学习主题。活动2：静电现象对生活中的静电现象进行认知，从而在内心深处深化静电现象，建构静电观念。活动3：静电乒乓对没有金属片包裹的乒乓球进行实验，发现乒乓球没有动起来，这符合已有的学生认知。对有金属片包裹着的乒乓球，进行实验，发现乒乓球动了起来，与学生已有认知形成冲突。最后建构出导体才能产生静电感应现象。环节二、静电平衡活动1：静电飞花设计实验，演示静电飞花实验，观察到在碗倒着放的时候，纸屑会飞舞起来，形成认知；在碗正着放的时候，纸屑静止不动，与刚才的认知形成冲突，建构静电平衡概念。活动2：导体建模物理实验是建构理解的经验基础，静电平衡概念比较抽象，因此通过把刚才的实验进行建模，帮助学生理解。活动3：静电平衡辅以问题链设计：问题1、导体中的自由电子会运动吗？往哪个方向移动？问题2：导体两端将感应出什么电荷？这些电荷会不会产生电场？导体内合电场是多少？通过教师引导，激发学生思考，促成“学生有效学习”帮助学生建构。如“请同学们用自己的语言概括静电平衡概念”，学生经过思考、讨论，总结出静电平衡。环节三、尖端放电在探索静电平衡的特点时，设计两个实验：活动1：验电器实验1用起电机使大金属球带电，用不带电的金属球接触大金属球，靠近验电器，发现验电器的薄片张开，形成认知。接着用不带电的金属球接触内部，靠近验电器，发现验电器的薄片不张开，与刚刚验电器薄片张开形成冲突。建构出静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。形成一层认知·冲突·建构。并辅以验证实验：用起电机使金属片带电，发现金属片两面的纸片张开，再把金属片弯成圆环，发现外部的纸条张开，内部的纸条不张开。也可说明静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。形成二层认知·冲突·建构。活动1：验电器实验2用起电机给金属导体带电，然后用不带电的小球接触金属导体表面，接着把带上少量电荷的小球接触验电器，发现验电器薄片张开，并观察张开的角度，形成认知。再用不带电的小球接触金属导体的尖端，然后接触验电器，发现验电器的薄片张开的角度更大，两次张开的角度对比，形成冲突，建构在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大。形成三层认知·冲突·建构。并辅以验证实验：金属片上贴上纸条，使金属弯曲，用起电机使金属片带电，观察到在表面平整和表面越弯的地方，纸条张开的角度不同，形成认知；并且表面越弯的地方张开的角度越大，与表面平整的地方形成对比冲突，也可建构导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大。这也形成四层认知·冲突·建构。之后提问学生：越尖锐的地方电荷越多，周围的电场强度越大，这样可能会带来什么问题？引发学生思考，进行深度学习。同时过渡到尖端放电现象。活动2：尖端现象让学生亲自动手做尖端放电实验，参与活动与体验，经历体验和自主探究，多维度多感官进行教学，丰富了学生的感官体验。接着让学生试着解释尖端放电现象，在一定条件下导体尖端周围的强电场使空气分子电离，那些与导体尖端的电荷符号相反的粒子与尖端电荷中和相当于从尖端失去电荷，这种现象叫做尖端放电，达到知识的迁移与应用。辅以问题链设计：问题1：生活中还有哪些例子是尖端放电现象？活动3：避雷针问题2：避雷针的尖端和建筑物的高度一样能否起到避雷的作用？给学生留有课后思考的空间。留给学生课后探究问题3：雨天为防雷击，你应当怎么办？对学生进行科普教育，落实安全意识，将发生事故的危险防患于未然。环节四、静电屏蔽活动1：外屏蔽设计实验，用起电机给金属小球带电，用小球靠近验电器，验电器的张角张开，形成认知；释放验电器上的电荷，接着用金属网把验电器罩住，这里可以提问学生：当把小球靠近验电器时，张角还会张开吗？学生通过刚才的认知，并且金属网是有空隙的，学生会想当然认为还会张开。事实上是不张开的，与学生的认知冲突，建构外屏蔽概念。形成一层认知·冲突·建构。学生对于这次的新冠疫情比较熟悉，为了突破这一难点，把电荷类比于病毒，电荷在外，用金属网罩把物件保护起来，起到“屏蔽”病毒的作用。这个不是物理的语言，但是在进行理解的时候非常形象，容易理解。活动2：内屏蔽设计实验，用起电机使金属网罩里的小球带电，会发现网罩内部的纸条被金属球吸引，并且在网罩外面的纸条也会飘起来，这说明金属网罩由于静电感应带上了电荷，金属网罩没有起到屏蔽内部电荷的作用，形成认知；接着把金属网罩接地，发现只有网罩内部的纸条被金属球吸引，外部的纸条没有飘起来，与刚才的认知冲突，说明接地后，带电小球对外部纸条没有影响，金属网罩对内部带电小球起到屏蔽作用，建构内屏蔽概念，形成二层认知·冲突·建构。为了突破这一难点，仍把电荷类比于病毒，电荷在内，把电荷“隔离”起来，起到内屏蔽作用。活动3：应用举例问题1：生活中有哪些跟静电相关的应用与现象？如：高压输电线，粉尘爆炸和教材中科学漫步的武当山金殿等对于粉尘爆炸与静电学生可能只知道有关系，但是并不是真的了解其中的原理，在这里像学生解释粉尘爆炸跟静电的关系，培养学生安全意识。活动4：习题评价设计一道跟静电屏蔽有关的习题，对这堂课静电屏蔽概念进行教学评价。环节五、静电吸附这一环节主要设计了有关静电的利用相关实验。活动1：静电除尘设计静电除尘装置，观察容器内刚开始是有烟雾的，后来烟雾逐渐消失，容器内逐渐清晰，形成认知·冲突，建构静电除尘。辅以问题链设计：问题1：用自己的话总结静电除尘原理，问题2：电极反接还能起到除尘作用吗？留给思考的空间，课后可以设计实验自主探究。起到通过真实情景的问题解决能力，形成评价的作用。活动2：静电植绒静电植绒模拟教材中的静电喷漆，这也培养了学生的创新意识和实验探究能力。活动3：静电复印设计实验模拟静电复印，纸上的字是学校的校训，更深刻了学生对于静电的印象。同时校训中德才并美，知行合一也起到了对学生进行情感教育，落实了立德树人的根本目标。活动4：制作红旗学生学习了静电知识，对静电有了了解，那么能否对我们的红旗进行优化和改进呢？教师设置动手制作，让学生亲手制作一根旗杆：每２人１组，每组１面国旗、１根金属棒、１纸杯泥土，把桌面当作地面，在桌面上树起１根旗杆，让国旗在旗杆上高高飘扬制作完成后如图，引导学生分析，学生交流讨论后达成共识：根据尖端放电知识，把旗杆上端弯成一个圆弧，有助于避免雷电事故；金属旗杆中部最好涂上绝缘漆或用绝缘橡胶包裹，避免漏电；避雷针是把电荷导入大地，所以旗杆必须与大地连接，且要深入地下较深，通过对旗杆的优化过程，既促进了同学之间的相互交流，也促进了知识的内化，既培养了学生科学思维，也培养了学生爱国情怀、弘扬了革命传统文化。环节六、回顾总结对本节课进行回顾，设计主试和被试记录表，及时进行评价九、板书设计十、作业设计题目序号0401完成时长1min题目类型þ选择题¨填空题¨作图题¨作图题¨综合题¨实践题学习水平þ知道¨理解¨应用¨综合题目来源þ引用¨改编¨自编题目1．矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是()答案【答案】A【解析】导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场电场强度大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误。题目序号0402完成时长1min题目类型þ选择题¨填空题¨作图题¨作图题¨综合题¨实践题学习水平¨知道þ理解¨应用¨综合题目来源þ引用¨改编¨自编题目2．将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，下列说法正确的有()A.A往左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B.A的位置不变，B往右偏离竖直方向C.A向左偏离竖直方向，B的位置不变D.A和B的位置都不变答案【答案】B【解析】带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此，金属空心球C的外表面和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向，而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，因此A球不受B球电场的影响，而保持竖直位置不变，选项B正确。题目序号0403完成时长1min题目类型þ选择题¨填空题¨作图题¨作图题¨综合题¨实践题学习水平¨知道¨理解þ应用¨综合题目来源þ引用¨改编¨自编题目3．如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气被电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是()A.N接电源的正极 B.M接电源的正极C.电场强度EB>EA D.电场强度EB<EA答案【答案】AC【解析】电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误；金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处的电场强度比A处的电场强度大，即EB>EA，C正确，D错误。题目序号0404完成时长2min题目类型þ选择题¨填空题¨作图题¨作图题¨综合题¨实践题学习水平¨知道þ理解¨应用¨综合题目来源þ引用¨改编¨自编题目4．下列说法不正确的是()A.避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和B.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形C.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电D.为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑答案【答案】B【解析】避雷针利用尖端放电的原理来避雷，必须做成针状，不能做成球形，带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，中和云层中的电荷，A正确，B错误；验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电，C正确；高压输电导线表面要尽量光滑，这样可以避免因尖端放电而损失电能，D正确。题目序号0405完成时长2min题目类型þ选择题¨填空题¨作图题¨作图题¨综合题¨实践题学习水平¨知道þ理解¨应用¨综合题目来源þ引用¨改编¨自编题目5．金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，下列四幅图中金属壳能起到屏蔽图中电荷产生电场作用的是()答案【答案】ABD【解析】A图中，由于金属壳发生静电感应，内部电场强度为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用，选项A正确；B图中，金属壳同大地连为一体，外壳起到屏蔽外电场的作用，选项B正确；C图中电荷会引起金属壳内、外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳起不到屏蔽作用，选项C错误；D图中，将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起到屏蔽内电场的作用，选项D正确。题目序号0406完成时长5min题目类型¨选择题¨填空题¨作图题¨作图题þ综合题¨实践题学习水平¨知道¨理解