实验四 静电演示实验及其课堂教学情境创设技巧研究 1.探究理念总结：教学情境是课堂教学中非常重要的教学要素，为了有效实现课堂教学的立体化目标，按照现代教学理念，所要创设的教学情境一般要求有利于学生主动参与学习并在学习中获得内在体验，帮助学生在学习活动中把握知识的主要特征，理解知识背后的科学思想和科学方法，在学习活动中体会“学以致用”的设计灵感。本实验课题将以中学物理教学中的静电教学内容为切入点，以相关系列静电演示实验为载体，通过对静电现象的知识特征、应用价值、实验操作技巧等学科教育教学内容的探究，体会和领悟教学情境的情境特征、教学功能与价值以及实践其教学价值应把握的实践策略等。 2.学科知识总结：见本实验专题附录三.探索内容：本专题将以以下五组演示实验为载体，对静电现象的知识特点、静电现象的应用价值、静电现象的实验技巧、静电现象的教学设计等学科教学问题进行探索。1.生活中的静电现象探索2.带电方法的实验探索3.静电装置工作机理的实验探索4.静电特性的实验探索5.静电的利用与防治四.探索资源：1.静电演示实验系列2.中学物理模拟实验（静电部分）3.中学物理教科书（静电部分）五.探索导航：1.生活中的静电现象探索发现问题、生成课题是开展科学实践活动的重要环节。
本研究课题将以生活中的一组静电现象为切入点，体会和体会教学过程中创设教学情景、挖掘情景的教学功能等学科教学问题。【趣闻轶事】——从生活到物理1.1探究生活中的静电现象你在生活中是否有过以下的经历？干燥的冬季，头发梳不顺；脱毛衣时有火花冒出，发出“噼里啪啦”的声音；触碰金属物体时，偶尔遭遇莫名其妙的吹风；打扫卫生时，灰尘有时会不绝于耳；工作中，你知道以下的防护措施吗？高压带电作业中，电工必须穿着导电纤维制作的工作服；在电子产品制造中，工人也必须穿着渗有金属纱的工作服；无论高楼大厦多么宏伟，用“一根针”保护自己都是必不可少的；图1当你看着图1所示的画面时，你一定会为大自然的奇妙而震惊。 震惊……趣闻思考：指出上述情景的情境特点。简述如何利用此类情景引发学生发现问题、生成话题。实际教学中应采用什么样的教学方法和途径来呈现此类情境资源。实际教学中呈现此类情景应掌握什么样的教学策略？ 1.2 “毛发倒竖”实验现象的场景再现如图2所示，现代科技馆里有一种名为“毛发倒竖”的游戏，深受游客欢迎。当游客站在绝缘平面上，触摸带有高压电的金属球时，头发便会竖起来。针对上述情景，思考并回答以下问题：简述该情景的情境特点。
基于以上对情景的描述，指出在进行情景演示时需要把握哪些实验操作要素。图2比较了使用图片或实验演示等不同方式呈现教学情景时需要把握的情景呈现策略。【活动反思】简述教学情景作为一堂新课的引子应具备的情景特征。需要把握什么样的教学环节才能有效发挥教学情景的教学功能。实际教学中应采用什么样的教学策略才能保证这些教学环节的有效实施。2. 带电与充电方法的实验探索利用实验手段和方法呈现物理现象、揭示物理原理，并在这一过程中将教学视角聚焦于引导学生看透、理解实验中的认知要素，是现代教学力求提倡的教学理念。本课题将以一组有趣的静电现象为载体，探索以上教学理念的实践。 【实验探索】——带电方法实验探索 2.1 摩擦与感应带电现象实验演示 如图3所示，整个实验装置主要由盛水容器、玻璃管、接水盘、有机玻璃棒、丝绸、测电笔、导线等组成。请按照下面的提示，完成实验操作： 按照图3所示要求连接实验装置。 打开水流开关，使水柱穿过玻璃管然后斜射到接水盘。 用有机玻璃棒摩擦丝绸。 把摩擦过的有机玻璃棒靠近从玻璃管射出的水柱。 图3 在进行以上实验操作时，要注意观察和记录实验现象，并在此基础上思考和回答以下问题： 描述你的实验现象，总结物理实验中常用的带电方法。
简要概括从实验总结中归纳出带电方法种类时需要注重的认知过程。你认为用这样的实验途径和方法来呈现和揭示常用的带电方法的教学特点是什么？结合实验操作，指出做好本实验要注意哪些操作和分析要素。 2.2 滴水带电现象的实验探究 图4是一种称为滴水带电的实验装置。该实验装置主要由两个互相绝缘的空心金属桶、一根三通水管、两个接水盘、一个水杯和一个静电计组成。在仔细了解实验装置结构特点的基础上，按照下面的提示完成实验操作： 按照图4所示的要求连接实验装置。在仪器顶端的水杯中加入适量的水。打开水流控制开关，让水流经金属环流入接水盘。观察并记录水流和静电计指针的变化。 在完成以上实验操作的基础上，思考并回答如下问题： 描述和解释你观察到的实验现象。 分析实验的设计原理，指出其中蕴含的认知要素。 你认为做好这个实验的关键要素是什么？ 分析实验的情境特点，生成能体现其教学价值的教学演示方案。 【实验探索】——带电方法实验探索 2.3 静电感应使物体带电的实验探索 如图5所示，给你一根有机玻璃棒、一段丝绸、两根半圆柱绝缘导体。请利用这些设备完成以下实验任务： 设计一个能使半圆柱绝缘导体携带不同电荷的教学演示实验。
在明确实验任务的基础上，开展如下实践操作。给出你的实验方案。根据实验开展实验操作，并记录你的操作过程。 在实践操作的基础上，思考并回答如下问题： 用图解法表示实验过程中半圆柱形绝缘导体内电荷分布的变化，这种方法对认识物体带电的方法有哪些教学特色和价值？ 你认为在运用上述实验方法给导体带电时，应掌握哪些主要操作要素。 2.4 验电器工作原理的实验探索 如图6所示，给你一根有机玻璃棒、一段丝绸、一个验电器。在仔细了解验电器构造的基础上，请利用这些设备完成如下实验任务： 分别用接触和静电感应的实验方法给验电器带电。 在明确实验任务的基础上，开展如下实践操作。给出你的实验方案。根据实验开展实验操作，并记录你的操作过程。 在实际操作的基础上，思考并回答如下问题：结合实验现象，分析验电器的工作原理。指出采用不同的实验方法给验电器充电时，应掌握的主要操作要素。 【活动感知】分析并指出实验教学情景的情境特点，实际教学中应采用哪些教学策略，引导学生认识和领悟实验中的认知要素。 3、静电发生器工作机理的实验探索 静电发生器是开展静电实验研究不可缺少的重要实验装置，本课题将以物理实验室中最常用的静电发生器为载体，在了解其使用方法的基础上，进一步探究其工作机理，探索如何发挥实验装置的教学功能。
【实验探索】——发电机工作原理实验探索 3.1 手摇发电机工作原理实验探索 图7为一台维氏发电机，主要由：两个相互平行且附有许多金属箔的玻璃盘、两个带有金属丝的电刷、两个带有针尖梳状物的集电棒、两端带有绝缘手柄和金属球的放电棒、两个莱顿瓶、由滑轮组成的传动系统等组成。 在对实验装置的结构有初步了解后，请按照给出的操作说明实际操作，观察并记录所看到的实验现象。 握住放电棒绝缘手柄，使金属球稍分开一定距离，顺时针方向摇动传动系统手柄，观察实验现象。 握住放电棒绝缘手柄，先接触金属球，然后增加放电棒之间的距离，再次顺时针方向摇动传动系统手柄，观察实验现象。 在完成以上操作的基础上，思考并回答下列问题：描述所看到的实验现象。简述实验现象所揭示的物理原理。分析指出为什么这样的装置、这样的操作会产生所看到的实验现象？如果把传动系统的手柄逆时针摇动，会出现什么样的实验现象？解释所看到的实验现象。提示：发生器是一种很好的静电发生器，做静电实验时一定要注意安全，实验过程中不要用手触摸金属、电线等可能带静电的物体。如果使用发生器，实验结束后，要先把两根放电棒靠近放电，然后再去掉电线或搬动仪器。
3.2 范德格拉夫发电机工作原理的实验探索 图8 为范德格拉夫发电机装置，请根据仪器说明书的要求，完成以下学习任务： 了解发电机的结构及其主要零部件的工作特点。 将飞轮放置于金属球上方，用电的方法使滑轮转动。 在完成以上操作的基础上，思考并回答下列问题： 观察上方飞轮的实验现象，解释飞轮的实验现象。分析指出为什么这样的装置这样操作后会出现这样的实验现象？ 高压放电现象的实验演示 3.3 雅各布天梯现象的实验观察 图9 是演示高压放电现象的大型实验仪器，主要由一对下宽上窄的电极、公羊角形的顶端和高压发生器等组成。 在了解实验装置主要结构的基础上，进行如下实验操作： 打开电源开关，待红灯亮起，按下绿色操作开关。观察并记录看到的实验现象。 在完成以上操作的基础上，思考并回答如下问题： 描述看到的实验现象。分析指出这一实验现象主要蕴涵哪些物理原理。与以上实验现象相比，它们有何相同点和不同点？ 3.4 辉光球现象的实验观察 图10是一个辉光球，又称离子魔球，它的外表是一个高强度的玻璃壳，壳内充满一种或多种稀薄的惰性气体（如氩气等）。玻璃球的中心有一个球形电极，在电极上加高压高频电压。
在了解辉光球主要结构的基础上，按照下面的操作要求完成实验任务。 打开电源，观察辉光球现象。 用手触摸球的外壳，观察球内部辉光的变化。 在完成以上操作的基础上，思考并回答以下问题： 描述和解释所看到的实验现象。 生成展示辉光球放电现象的演示脚本。 梳理并指出进行实验演示时应掌握的主要演示步骤。 3.5 辉光盘现象的实验观察 图11示出了一个辉光盘，可用于演示二维高压放电现象。 在了解辉光盘结构的基础上，按照下面的操作提示，完成二维高压放电现象的实验演示。 打开电源，观察辉光盘现象。 用手触摸辉光盘外壳，观察辉光盘内部辉光的变化。 在完成以上操作的基础上，思考并回答下列问题： 描述和解释你所看到的实验现象。 比较辉光球和辉光盘的高压放电现象，指出它们的相同点和不同点。 活动思考： 图11 仔细观察会发现，无论是闪电还是辉光球，高压放电产生的轨迹都是曲折的，这是为什么呢？ 试着阅读下面的文章，看看它是否能帮助你回答上面的问题。 美国国家气象局的 认为，当暴风雨来临时，雨滴获得额外的带负电荷的电子，这些电子会追踪地面上的正电荷。 多余的电子流出云层后，会与其他电子碰撞，使它们变成自由电子，从而产生导电轨道。
传导的轨迹会在空气中散布的不规则形状的带电离子群中间跳跃延伸，一般都不是直线，所以闪电的轨迹总是蜿蜒曲折的。辉光球中的蜿蜒电弧亦然。【活动反思】在静电发生器工作机理实验探究的基础上，指出该实验装置还有哪些实验功能。简述了解静电发生器工作机理的教学价值。4、静电特性的实验探究物理实验是重现物理现象的重要方式和手段，从认知的角度考察物理实验的认知特点及其教学功能，是让学生在掌握知识的同时学会认知的有效实践的重要教学措施。本课题将通过三组静电实验的探究，体会和领悟上述探究目标。 [实验探索]-静电力学特性实验探索4.1静电跳球现象实验演示将两块水平放置的圆形金属铝板与一块圆柱形透明有机玻璃组合成一个实验