王勇

一、教育設計思想

本節(jié)課的關鍵在于讓學生理解放入電場中的導體如何達到靜電平衡的過程，讓學生清楚處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零，在此基礎上理解靜電屏蔽及其應用。鑒于學生剛剛開始接觸電場的概念，對電場的理解還比較模糊和生疏，因此對放入電場中的導體如何到達靜電平衡的過程，教師可采用設問并讓學生自己解決的方法，讓所有學生在學習的過程中都能有所思，進一步加強學生對電場的理解，同時鍛煉和培養(yǎng)學生邏輯思維能力和推理能力，讓學生能夠從科學的角度理解放入電場中的導體從不平衡到到達靜電平衡的過程，這樣可以很自然地得到處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零，靜電屏蔽實際上是這一點的應用，到此學生應該很容易理解靜電屏蔽的原理。

物理學是一門以實驗為基礎的學科，教師在教學過程中應該讓學生觀察物理實驗，尊重實驗事實，并能夠尋求恰當?shù)姆椒?，通過合理的推理和驗證來揭示和總結物理現(xiàn)象背后的物理本質。因此，這一節(jié)課應該以實驗為主線來組織教學，讓學生觀察實驗，總結物理規(guī)律，并能作出合理的解釋。

二、教育教學目標

（1）教學學習目標：①理解靜電感應發(fā)生的過程。②建立靜電平衡的概念。③理解靜電屏蔽及其應用。

（2）教學情感目標：學生在學習的過程中，通過思考和想象、合作與交流，理解靜電屏蔽現(xiàn)象并能科學地加以解釋，從而獲得成功的體驗。

（3）教學德育目標：在教學過程中，強調科學與人文教育相結合，引領學生熱愛大自然，通過科學的教育方法，使學生綜合素質得到提高。

三、教學準備

（1）實驗器材準備：驗電羽、驗電器、高壓感應線圈、感應起電機、金屬導體球、金屬網(wǎng)罩、法拉第籠、絕緣材料。

（2）教育教學準備：把學生分成幾個小組，在教學過程中適時適當?shù)剡M行討論、合作和交流，培養(yǎng)學生團結協(xié)作的能力和與他人相處的能力。

四、教學過程

實驗一：通過高中物理課本（人教版修訂本）序言中的一個實驗引入新課，課本中是用感應起電機給裝有小鳥的金屬籠帶電，而金屬籠中的小鳥安然無恙。此處為了加強實驗的演示效果和方便操作，將感應起電機換成用高壓感應線圈對金屬籠放電，提出問題，讓學生帶著問題開始思考和學習。

（1）靜電感應。

實驗二：靜電感應實驗。這一段的教學主要采用學生觀察實驗并加以解釋的方法，讓學生建立靜電感應的概念，并明白感應電荷的含義。放入電場中的導體，導體內部的自由電荷由于受到電場力的作用，將在導體內部重新分布，這種放在電場中的導體，自由電荷重新分布的現(xiàn)象，叫靜電感應現(xiàn)象。此時導體兩端出現(xiàn)的電荷叫感應電荷。

（2）靜電平衡。

A.此處用以下幾個問題，讓學生結合課本研究靜電平衡的過程。

①圖中“ ”表示放入勻強電場E0中的一段導體中的一些自由電子，勻強電場E0方向水平向右，請在圖中作出勻強電場E0對這些自由電荷的電場力的示意圖。②你認為這些自由電子在電場力的作用下將向哪一端遷移，遷移的結果將使導體左右兩側分別堆積何種感應電荷？ ③感應電荷建立的電場分布情況如何，請在圖中畫出感應電荷建立的電場電場線的大致分布。④請在圖中畫出感應電荷建立的電場對這些自由電子的電場力示意圖。⑤隨著兩端堆積的電荷越來越多，感應電荷的電場越來越強，最終是否還會有電荷的定向移動？⑥最終感應電荷建立的電場與外電場疊加后，導體內部場強應為多少？

B.最終引導學生得出結論： ①標志：自由電荷停止定向移動；②特點：導體內部場強處處為零。

（3）靜電屏蔽。

①根據(jù)處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內部場強處處為零的特點，引導學生理解靜電屏蔽的含義：導體殼可以保護它所包圍的區(qū)域，使這個區(qū)域不受外電場的影響，這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽。

實驗三：靜電屏蔽實驗。用感應起電機讓金屬導體球帶電，導體球能夠使放在它附近的驗電羽張開，而用金屬網(wǎng)罩將驗電羽罩住之后，讓金屬導體球帶電，驗電羽將不會受到任何影響。該實驗由學生自己動手做，親自感受靜電屏蔽并能作出合理的解釋。

實驗四：法拉第籠實驗。用高壓電電擊金屬網(wǎng)做成的金屬籠，籠內站一人，籠內的人不受任何影響，而且可以用手觸摸金屬籠內壁，不會受任何影響。

②靜電屏蔽的應用。1）高壓帶電作業(yè)時所用的屏蔽服。讓學生觀察工人高壓作業(yè)的圖片，想象屏蔽服的結構并作出解釋。2）通信電纜外面包一層鉛皮。

③空腔導體外部的屏蔽。

實驗五：用感應起電機給金屬導體球帶電，導體球與一個驗電羽用一個金屬籠罩住，另一個驗電羽放在金屬籠外，當給導體球帶電時，內外兩個驗電羽都張開，當把金屬籠接地時，籠內驗電羽依然張開，而籠外驗電羽不張開。

該實驗由學生自己動手做實驗，引導學生得出結論：不接地時，籠內、外場強均不為零，而金屬籠接地后，籠內場強不為零，而籠外場強為零。（由教師引導學生分析球殼內部放入點電荷，不接地時電場的分布情況，再分析接地后電場的分布情況，從而作出解釋）

五、教學流程

實驗一：鳥籠實驗？陴靜電平衡概念？陴靜電平衡特點？陴靜電屏蔽概念？陴學生分組實驗？陴法拉第籠實驗？陴生活中的應用。

六、教學反思

本節(jié)課的關鍵在于讓學生理解靜電平衡的過程，在此基礎上理解靜電屏蔽的原理并能夠加以利用，但鑒于電場本身的抽象性，學生剛剛開始接觸電場的概念，對電場的分布和特性都還不十分熟悉，再加上導體內部的自由電荷做的無規(guī)則運動，學生不太容易想清楚放入電場中的導體自由電荷將怎樣運動，這種運動無法用實驗展示，因此采用動畫模擬放入電場中的導體中的自由電荷的定向移動過程，應該對學生理解這個過程有一定幫助，但從科學的角度來分析，電子真實的運動情況是否真的如此還有待商榷，怎樣能夠更準確、更形象、更真實地模擬電荷運動還有待進一步探討。

（云南師大附中）