第九章 静电场及其应用 大单元学习课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第三册

高一物理大单元整体学习 第九单元 静电场及其应用 汇报人：高一物理 葛建富 时间：2024.5 一、两个大概念 学科大概念 课程大概念 二、单元整体概述 1. 课标研究 2. 教材分析 3. 单元整体设计逻辑 4. 单元学习目标 5. 单元情境及单元学习任务 三、四个阶段及学习活动设计 1. 整体感知 2. 探究建构 3. 应用迁移 4. 重构拓展 一、两个大概念 学科大概念： 大概念：电现象、磁现象 概念层级：电场力、静电场 宏观物体：电荷、点电荷等 课程大概念： 1.通过本单元的学习，把力学中已经初步建立起来的力的相互作用观念，进一步用于对静电现象的讨论； 2.通过对静电力的讨论建立了电场强度的概念，进一步拓展对力的相互作用观念的认识； 3.通过库仑定律的学习，培养学生科学研究的精神，模型建构的思维方式； 4.通过解决实际问题，培养学生理论联系实际、学以致用的思想和意识。 1. 通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。 2. 知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。 3. 知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。 4 .了解生产生活中关于静电的利用与防护。 二、单元整体概述-课标研究 二、单元整体概述-教材分析 人类研究电现象和磁现象的历史与力学研究同样丰富多彩，但电和磁的世界比机械运动的世界更加错综复杂。电场有怎样的规律？如何解释生活、生产中常见的电学现象？从本单元开始，我们将进入有趣的电学世界。本单元是从力的角度描述电场，从电荷的产生开始，依次学习元电荷、点电荷等电荷知识、两个点电荷之间静电力所遵循的规律——库仑定律，再到电场强度、电场线及电场叠加等知识，最后到静电在生活中的利用与防护，围绕的中心是电场的产生及一个或多个电荷形成电场的力的性质。 核心重点——通过对静电力的讨论建立了电场强度的概念，进一步拓展对力的相互作用观念的认识，同时为下一单元鉴定基础。本单元的核心重点是库仑定律和电场强度，基于课程大概念提炼出单元任务是认识电荷及其相互作用规律，既包含比值定义法定义的电场强度概念的建立与理解，还涉及到理想化模型点电荷之间的库仑定律，以及在生活中对静电的应用和防止。 课程大概念——单元任务：认识电荷及其相互作用规律。 分解为四个阶段—— 感知：整体感知静电场及其应用； 探究：认识电荷及电荷间作用，电场 电场强度，静电的防止与利用； 迁移：电荷在电场力作用下的平衡、运动问题分析； 重构：单元重构，拓展、过关。 经过这四个阶段逐步深入、螺旋上升，从而完成单元任务。 二、单元整体概述-单元整体设计逻辑 1.阅读文本，结合271BAY资源，梳理电场力的性质，从原子结构模型和电荷守恒的角度分析生活中的静电现象。 2.从理论和实验方面探究点电荷间的相互作用，明晰电场力的性质，建立电场强度概念，会用电场线描述、研究电场。 3.从电场力的性质角度重构本单元内容，通过研究带电体的受力和运动分析静电现象在生活中的应用和防止。 二、单元整体概述-单元目标 单元情境 在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图 ，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。 起电机摇动时，塑料瓶内哪里电场强度最大？是锯条附近还是金属片附近？若锯条接电源负极，金属片接正极，这些烟尘最终到哪里去了？ 单元学习任务 认识电荷及其相互作用规律。 二、单元整体概述-单元情境&学习任务 1.类比以往学过的内容，建立点电荷物理模型，体会物理模型在研究具体问题中的重要作用；通过了解场的物质性，培养自己的物质观念。通过电场强度概念的学习，进一步体会比值定义法。 2.重视物理学史和实验，动手体验三种带电实验；通过查阅资料，了解库仑定律的探索历程，体会将抽象的物理问题进行可视化实验的巧妙。 【整体感知】 1. 回顾初中所学静电知识，说出使物体带电的方式、电荷守恒及相互作用规律。 2. 围绕对电荷特点的了解，探讨交流元电荷和比荷的定义。 3. 阅读文本，结合271BAY资源，初步构建本单元内容基础框架。 【探究建构】 1.探究三种起电方式，通过对不同起电方式的分析得出电荷守恒定律。 2.经历用比值定义法建立电场强度概念的过程，从矢量的合成和分解角度解决电场的叠加问题，会用电场线描述常见的电场。 3.学会用类比法探究库仑定律，借助文本及271BAY资源，探究电荷相互作用规律，体会库仑扭秤实验设计的巧妙之处。 【应用迁移】 1.理解静电平衡状态的概念及特征，从受力和运动分析静电现象在生活中的应用和防止。 2.通过举例说明“电场力的性质”，分享交流对电场叠加的理解。 3.从定量计算和定性分析两个维度入手，总结静电场问题处理的方法。 【重构拓展】 1. 完善对“静电场”性质、规律和应用的认识，重构“静电场”方法、规律，解释武当山金殿雷火炼殿奇观。 2. 通过过关，深化对电场力的性质的理解，说出对静电场性质及应用的再认识。 3. 说明科学家对电场中力的性质的研究是如何逐步深化的，说出静电场的研究过程和研究方法对你的启发。 三、单元设计逻辑 四、四个阶段及学习活动——整体感知 学习目标 1. 回顾初中所学静电知识，说出使物体带电的方式、电荷守恒及相互作用规律。 2. 围绕对电荷特点的了解，探讨交流元电荷和比荷的定义。 3. 阅读文本，结合271BAY资源，初步构建本单元内容基础框架。 情景 自然界中的电荷有两种，但是在自然界和生产生活中有很多的静电现象，摩擦过的琥珀能够吸引羽毛、梳头发的噼啪声等等。人们从何时开始研究静电？如何描述静电？静电和生产生活有哪些联系? 学习活动一、回顾使物体带电的方式、物体带电的本质 学习活动二、认识元电荷、点电荷 学习活动三、初步构建“静电场及其应用”的单元内容基本框架 从摩擦起电介绍自然界中存在正、负两种电荷及其特性;然后建构物质的微观结构模型解释摩擦起屯的原因;接下来介绍物体带电的另一种方式一一静电感应;最后讨论电荷在转移过程中守恒的规律。 1.回顾初中所学知识，说出使物体带电的方式。 2.自然界中有几种电荷？它们之间的相互作用有什么规律？ 3.类比机械能守恒或能量守恒定律，谈谈你对电荷守恒定律及物体带电本质的理解。 质子、电子都是元电荷吗？谈一谈什么是元电荷，它所带的电荷量是多少？比荷的定义是什么。什么是点电点荷呢？ 四、四个阶段及学习活动——探究建构 学习目标 1.探究三种起电方式，通过对不同起电方式的分析得出电荷守恒定律。 2.经历用比值定义法建立电场强度概念的过程，从矢量的合成和分解角度解决电场的叠加问题，会用电场线描述常见的电场。 3.学会用类比法探究库仑定律，借助文本及271BAY资源，探究电荷相互作用规律，体会库仑扭秤实验设计的巧妙之处。 【情境任务】 当我们使用有线话筒扩音时，有些由于周围环境中的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大，影响扩音的效果。因此，很多优质的话筒线在构造上都采取了防备措施。请观察下图的话筒线，你知道它采用了什么方法防止干扰信号从话筒线上侵入吗？ 学习活动四、探究电荷间的相互作用规律 一．探究三种起电方式 1.如图用不同方式使小球带电，观察带电小球受力后的表现： 甲图：用丝绸摩擦过的玻璃棒接触小球A和B。 乙图：用毛皮摩擦过的橡胶棒接触小球A和B。 丙图：用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒分别接触小球A和B。 上述实验说明了什么？摩擦起电和接触起电的本质是什么？想让小球带电必须接触吗？ 2.如图所示，取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它们彼此接触。用丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次接触球形导体C，使之带正电。 (1)将C移近A，A、B带电情况？ (2)如将A、B分开，再移走C，A、B带电情况如何？ (3)如先移走C，再将A、B分开，A、B带电情况如何？ (4)如将A、B分开，再移走C，再将A、B接触，它们是否带电？这说明什么？ 摩擦起电实验不仅为"两种电荷"以及电荷间的相互作用提供了感性材料，而且可以引发学生利用微观模型解释实验现象，并为后面建立电荷守恒定律铺设台阶 在教 巾，建议结合具体的摩擦起电实验引导学生思考起电的本质。 【小结】 写出物体带电的三种方式和物体带电的本质。 【习练】 关于电荷，小明有以下认识 ： A. 电荷量很小的电荷就是元电荷 ； B. 物体所带的电荷量可以是任意的。 你认为他的看法正确吗？请简述你的理由。 二．探究库仑定律 1.如图将静电摆球跟带电体A接触后挂在P位置，猜想影响电荷间相互作用力的因素有哪些？实验能观察到什么现象？由实验现象，你能得出什么结论？ 2.在实验中库仑为什么要用到扭秤？这是一种什么研究方法？库仑如何解决电荷量的测量问题？如何验证电场力与电荷量的关系？如何验证电场力与距离的关系？库仑的实验得出了什么结论？ 【小结】 库仑定律的内容及使用条件： 【习练】 如图所示，真空中有三个带正电的点电荷A、B、C，它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上，电荷量都是Q，则电荷C所受的静电力多大？方向如何？ 四、四个阶段及学习活动——探究建构 活动五、探究电场 电场强度 问题：通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。 为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？ 1.如图，场源是带正电荷的球体。 (1)怎样区别A、B两点的电场强弱？电场的强弱与什么有关？ (2)电场中某点的电场强度与放入的试探电荷有关吗？能不能说电场强度与试探电荷的电荷量成正比，与距离成反比？ 2.若以正点电荷为圆心画一个同心圆，同一圆周上所有点的电场强度相同吗？ 3.图中所示的实线为某电场的电场线。根据电场线特点，判断A、B、C三点中哪一点电场最强，哪一点电场最弱？把负的点电荷分别放在这三点，画出所受静电力的方向？ 【小结】 匀强电场有什么特点？其电场线分布有什么规律？ 【习练】 如图所示，以O为圆心，r为半径的圆与坐标轴的交点分别为a、b、c、d，空间有与x轴正方向相同的匀强电场，同时在O点固定一个电荷量为+Q的点电荷，如果把一个电荷量为-q的试探电荷放在c点，则恰好平衡，静电力常量为k，求： (1)匀强电场的场强大小为多少？ (2) a、d两点的实际场强大小为多少？ 通过人体带电时头发受静电力的实验现象人电场概念;学生经历比较 抽象的过程，用物理量之比定义电场强度概念。 四、四个阶段及学习活动——应用迁移 学习目标 1.理解静电平衡状态的概念及特征，从受力和运动分析静电现象在生活中的应用和防止。 2.通过举例说明“电场力的性质”，分享交流对电场叠加的理解。 3.从定量计算和定性分析两个维度入手，总结静电场问题处理的方法。 学习活动六、探究静电平衡的特点 1.如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体中自由电子的运动是怎样的？自由电子能否一直定向移动？金属在电场中达到静电平衡后，导体内部的电场强度有什么特点？ 2.避雷针在生活中是很常见的。避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？还有哪些相关现象？ 【小结】生活中还有哪些地方应用到静电？ 从生活中静电的防止入手提出问题，接着讲述静电平衡概念，以及尖端放电与静电屏蔽实验与现象、静电吸附现象。 【情境任务】 自然界到处都有静电。生产中的搅拌、 挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、 运动等过程都可能产生静电。 在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？ 学习活动七、探究静电力作用下物体的平衡 如图所示，一个挂在丝线下端带正电的小球B，静止在图示位置．若固定的带正电小球A（可看作点电荷）的电荷量为Q，B球的质量为m，带电荷量为q，θ=30°，A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中． （1）试求A、B两球间的距离r． （2）求带电小球A在图中B球静止位置处产生的电场强度大小和方向． （3）若使A、B两球间的距离变为原来的2倍，B球的电荷量也变为原来的2倍，B球的质量变为原来的一半，则θ=？ 【思考】静电力作用下物体平衡问题的解决思路是什么。 【习练】 如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两点电荷A、B，相距L，问： (1)若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？ (2)在(1)中的情形下，C的电荷量和电性对C的平衡有影响吗？ (3)若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？ 四、四个阶段及学习活动——重构拓展 学习目标 1. 完善对“静电场”性质、规律和应用的认识，重构“静电场”方法、规律，解释武当山金殿雷火炼殿奇观。 2. 通过过关，深化对电场力的性质的理解，说出对静电场性质及应用的再认识。 3. 说明科学家对电场中力的性质的研究是如何逐步深化的，说出静电场的研究过程和研究方法对你的启发。 【单元拓展】 如图所示，水平细杆上套一环，环A与球B间用一不可伸长轻质绝缘绳相连，质量分别为mA=0.20kg和mB=0.40kg，A环不带电，B球带正电，带电量q=1.0×10-4C，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求： (1)若B球处于一水平向右的匀强电场中，使环A与B球一起向右匀速运动．运动过程中，绳始终保持与竖直方向夹角θ=37°，匀强电场的电场强度E多大？ (2)环A与水平杆间的动摩擦因数； (3)若匀强电场的方向斜向右上方与水平成37°角，为了使环A与B球一起向右以5m/s2的加速度匀加速运动，则电场强度应为多大？ 【单元重构】   习题的针对性很强，难度有梯度。（1）题加深对电场强度物理意义及公式适用范罔的理解题以复习、巩同电场强度的定义式为目的，（2）题目的是培养学生的知识迁移能力和综合分析能力，是与力学知识综合处理电荷的平衡问题训练，同一直线上电场强度矢量的叠加这种训练为今后与力学知识综合运用时夯实基础。 谢谢大家的倾听，不当之处 敬请批评指正！ $$