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視頻標(biāo)簽：全國高中物理,教師微課,講課視頻

所屬欄目：模擬課、微型課及試講

視頻課題：第五屆全國高中物理教師微課講課視頻《電勢差與等勢面》福州

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第五屆全國高中物理教師微課講課視頻《電勢差與等勢面》福州格致中學(xué)鼓山校區(qū)高中物理

電勢差與等勢面
福建省福州格致中學(xué)鼓山校區(qū)    鄭健
一、使用教材
魯科版高中《3-1》第二章第二節(jié)。
二、實驗器材
自制教具：可變平行金屬板電容器、J1206-1型電子感應(yīng)圈、高樓人物樹木避雷針模型、手持氖泡點陣探測器；
智能手機、信息技術(shù)融合等勢面實驗器、高內(nèi)阻數(shù)字電勢差計、可調(diào)穩(wěn)壓直流電源、自制模擬靜電場電極三套、水槽與探針等。
三、實驗創(chuàng)新要求/改進要點
1. “初感”：用電子感應(yīng)圈配合自制可變平行金屬板電容器，演示火花放電。通過改變極板間距觀察不同的放電現(xiàn)象，自制避雷針模型演示生活中的雷電尖端放電過程。引導(dǎo)學(xué)生通過實驗觀察感悟自然現(xiàn)象及其物理知識，理解電場強度與電勢差的關(guān)系。
2. “淺探”：演示探測空間中的立體等勢面。用生活中熟知的試電筆中的氖泡改造得到探測空間中電勢的探測器，通過實驗探究空間電場中的等勢面分布，氖泡的亮暗及位置分布可以很直觀形象的將原本看不到的電場規(guī)律反映出來。材料簡易便捷。
3. “深究”：用信息技術(shù)融合，通過智能手機攝像和無線互聯(lián)技術(shù)同步實驗視野的方法，探究描繪水中的模擬靜電場電勢分布情況。學(xué)生可以分組同時在希沃一體機上進行互動實驗，親手探測和描繪出等勢線。
四、實驗原理/實驗設(shè)計思路
根據(jù)靜電場物理原理，電場強度與電勢差的關(guān)系，當(dāng)電壓不變時，極板間距越小電場強度越大，電場強度增大到擊穿空氣的臨界值時，將發(fā)生極板間的火花放電現(xiàn)象，電場強度越大，放電越明顯。當(dāng)極板表面不平行時，會發(fā)生不均勻的尖端放電現(xiàn)象。
當(dāng)無法直接觀察放電現(xiàn)象時，可以用探測與零電勢之間的電勢差的方法，探測空間中任意位置的電勢情況，通過探測器反映電場中的電勢與等勢面的分布規(guī)律。
在描繪等勢線實驗中，用恒定電流場模擬靜電場，自來水作為電介質(zhì)，自制多套形狀的電極模擬各種典型電場分布；用兩臺高阻數(shù)字電壓表探測等勢點；同時融合信息技術(shù)用智能手機的高清攝像和無線互聯(lián)技術(shù)將操作畫面共享到教室的電子白板，在電子白板上直接標(biāo)注和描繪等勢面；用多臺智能手機可以實現(xiàn)分組多畫面共享或推送教學(xué)資源。信息技術(shù)的融合應(yīng)用創(chuàng)新了物理探究實驗教學(xué)的互動模式。
五、實驗教學(xué)目標(biāo)
1. 知識與技能：理解電場強度與電勢差的關(guān)系，知道電場中的電勢及其分布規(guī)律，知道等勢面及描繪等勢面的方法，等勢面與電場線的關(guān)系。
2. 過程與方法：通過探測、模擬等實驗方法，觀察電場中的電勢差，測量電勢差獲得電場中的電勢。
3. 情感、態(tài)度、價值觀：體驗探究帶來的樂趣，基于事實證據(jù)發(fā)現(xiàn)和論證科學(xué)規(guī)律，形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。
六、實驗教學(xué)內(nèi)容
實驗一：演示空間勻強電場中的放電現(xiàn)象，分析電場強度與電勢差的關(guān)系，理解避雷針和尖端放電的原理。
實驗二：用探測法探究空間中勻強電場的電勢分布情況，立體呈現(xiàn)等勢面的分布規(guī)律。
實驗三：用模擬法獲得勻強電場、點電荷電場和等量異種電荷電場，用創(chuàng)新教具與信息技術(shù)進行互動定量測量實驗，獲取等勢線。
七、實驗教學(xué)過程
描繪等勢線實驗的教學(xué)過程如下：
1.    模擬靜電場
在透明亞克力水槽中注入約1cm深的清澈自來水作為導(dǎo)電介質(zhì)。在水中放入電極，不同的電極組合模擬不同的電場。電極上引出導(dǎo)線接學(xué)生電源直流穩(wěn)壓12V檔。將智能手機攝像頭朝上放置在儀器底部，拍攝的實驗視野畫面?zhèn)魉偷浇淌移聊簧稀?br /> 2.      以勻強電場為例尋找等勢點
實驗由兩人一組互動配合完成。其中用表筆探測等勢點的同學(xué)稱為“操作者”。打開學(xué)生電源和數(shù)字電壓表電源，數(shù)字電壓表顯示為“0.00”。操作者手持電壓表的兩把表筆，其中黑表筆定義為電勢為零（接地）。將黑表筆碰觸在勻強電場的一個電極上不再移動，紅表筆在水中移動探測電勢為3V的點，同時操作者觀察儀器底部的電壓表讀數(shù)。當(dāng)電壓表讀數(shù)為“3.00”時，描繪者在屏幕上描點。
3.    在電子白板或屏幕上描繪等勢點
實驗中智能手機拍攝的畫面實時顯示在屏幕上，手機拍攝到的數(shù)字電壓表是安裝在水槽底部的，這臺電壓表與操作者所看到的電壓表并聯(lián)，讀數(shù)一致，都反映了表筆所探測的電壓。此時由另一位同學(xué)直接在電子白板上用手指或白板筆描點，如果是普通顯示屏則用可擦除的水彩筆描點。這位同學(xué)稱為“記錄者”。當(dāng)操作者探尋到一個等勢點時，記錄者同時描點，接著操作者再尋找下一個等勢點，依此進行下去。當(dāng)?shù)玫揭粋�電勢的多個等勢點后，記錄者將這些點用平滑線連接成等勢線。兩人的互動實驗如圖所示。

八、實驗效果評價
1. 分析能力的提升：學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)規(guī)律是具體到抽象、簡單到復(fù)雜、感性到理性。通過實驗學(xué)生對電場中電勢的分布有了充分感受，在情境中基于事實經(jīng)驗引發(fā)推理探究，對知識結(jié)構(gòu)和分析能力的形成有很好的促進作用。
2. 操作能力的提升：實驗中能夠運用恒定電流模擬點電荷、勻強和等量異種三種靜電場，材料環(huán)保、使用便捷；信息技術(shù)深度融合，實驗視野下的全程操作向全班同學(xué)演示，操作者和記錄者分工合作、主動探究。不僅如此，還可以進行多屏互動，在一個屏幕分屏、同時進行四個電場等勢線的描繪，使得每個學(xué)生都能積極參與到實驗中來，這將是物理探究實驗的一種創(chuàng)新模式。
3. 思維方式的提升：學(xué)生不僅能親手描繪出等勢線，還能容易的獲得電場線與等勢線垂直、順電場線電勢逐漸減小以及疏密分布等結(jié)論。與理論推理相輔相成。情景感悟淺探深究、思維階梯有序發(fā)展。
 

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