9.4静电的防止与利用 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

《静电的防止与利用》创新实验及教学设计 一、 实验教材分析 1. 教材及课题：图1 常见引入场景 人教版新教材物理必修第三册 第九章《静电场及其应用》第四节《静电的防止与利用》； 2. 课时目标： （1）了解生产生活中关于静电的利用和防护； （2）分析讨论静电在静电复印、静电喷漆和静电除尘等技术中的应用； （3）知道在可燃气体、粉尘的环境中如何防止静电事故 3. 常见教学模式：图2 常见静电实验 本节课常见的教学模式通常为把如何防止静电的危害比如加油站的静电释放器或者脱完毛衣后碰门把手被电到的场景作为引入（如图1），然后进一步结合常规的实验演示进行静电平衡、尖端放电、静电屏蔽、静电吸附的知识的讲解（如图2）。 4. 常见教学模式的局限 （1）缺乏真实情境载体：与学生交流发现，大多数学生并没有见过静电释放器，对于手被电到的印象也不是很深刻。 （2）实验繁多展示繁杂：实验涉及到很多实验器材，整节课过于碎片化，整体感不强，经常更换实验仪器也容易让学生眼花缭乱。 （3）知识缺少有效串联：知识点之间相互孤立，缺少有效串联，即使教师有一定的语言功底，但学生作为学习主体，往往并不能完全体会到课堂知识的相互关联。 （4）难以激发学生兴趣：传统的实验器材与生活实际有所脱离，也难以真正引发学生的兴趣。 二、核心实验装置 针对以上问题，放弃了绝大多数实验室中的传统设备，而采用了“掌中闪电”（特斯拉线圈）作为本节课的核心实验装置（如图3）。图3 网红玩具“掌中闪电”（特斯拉线圈） 三、实验教学设计 1. 课程设计理念 围绕特斯拉线圈创设基于问题导引式的情境化教学模式。以真实情境作为载体，以核心问题引领课堂主题，以一系列子问题驱动课堂进程，以延伸问题作为课后学习评价。 首先创设闪电击中建筑物，并引燃酒精棉花的核心情境，进而提出本节课的核心问题：雷雨天如何使建筑物免受伤害。 围绕着这一核心问题生成了四个环环相扣的子问题，包括闪电如何形成，如何避免闪电直接击中建筑物，如何保护建筑物内部的物品，如何消除建筑物烟囱中的烟尘这四个子问题。针对这四个子问题，围绕核心实验装置设计相应的实验情境，学生在尝试解决这些子问题的过程中，自然进行了相关知识点的学习，在解决前一个知识点的过程中自然生发出下一个子问题，使得整个课程环环相扣，一气呵成。而在解决每个问题的过程中，学生反复使用了模型建构、科学推理、科学探究等研究方法，课程从知识立意上升到了方法立意，提升了课堂的高度，提升了学生的核心素养。最后通过引导学生利用所学到的研究方法来解决延伸问题，进行知识层面和方法层面两方面的巩固和应用。 2. 课程结构设计 引入环节：演示玩具（掌中闪电）的放电现象 核心情境：利用掌中闪电模拟闪电击中建筑物，建筑物起火 核心问题：如何让建筑物免受闪电伤害？ 子问题 研究方法 知识载体 具体环节 拓展应用 探究闪电的形成 实验演示+理论推导 静电感应+静电平衡+放电现象 利用导体引雷，引出静电感应，推导静电平衡 2、从静电平衡推理出尖端放电现象 避免闪电直接击中建筑物 作出猜想+实验验证+理论解释 尖端放电 让学生说出避雷针 对比安装避雷针前后不同 3、选择前述原理进行解释 避雷针、点火针 避免闪电影响建筑物内部物品 作出猜想+实验验证+理论解释 静电屏蔽 让学生自行选择保护方式 进行实验验证 3、选择前述原理进行解释 屏蔽衣、屏蔽袋等 如何消除建筑物烟囱中的烟尘 实验演示+原理理解 静电吸附 实验展示 自行阅读理解 静电除尘+静电喷涂+静电喷涂 延伸思考 把产生电场的带电体罩起能否保护外部物品不受内部电场的影响 做出猜想+实验演示+模型建构+理论推理（课后进行） 外屏蔽 引导学生观察实验 引导学生选择合理的研究方式和思想方法 引导学生运用合理的知识理论理解和解释 图4《静电的防止与利用》课程结构 3. 课程实验环节 针对本课程设计中核心问题、四个子问题，以及拓展问题，围绕着核心装置分别设计了实验演示，并引出相关知识的讨论，具体如下： 核心问题1：雷雨天如何使建筑物免受伤害 演示1：闪电击中建筑物引燃酒精棉花（如图5） 课堂主题：“静电的防止与利用” 子问题1：闪电如何形成 演示2：闪电的形成 （如图6） 知识点1：静电平衡及相关概念 图7闪电击中避雷针 图5 闪电击中建筑物及闪电引发的危害 图6 闪电的形成 子问题2：如何避免闪电直接击中建筑物 演示3：闪电击中避雷针 （如图7） 知识点2：尖端放电的相关知识 子问题3：如何避免闪电影响建筑物内部 演示4：闪电点亮氖泡，不同罩子罩起（如图8） （如图6） 知识点3：静电屏蔽及相关知识 演示9 建筑物起火后的静电除尘 图8 闪电点亮氖泡，进行静电屏蔽的演示 子问