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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》福州格致中學鼓山校區高中物理
電勢差與等勢面
福建省福州格致中學鼓山校區 鄭健
一、使用教材
魯科版高中《3-1》第二章第二節。
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、信息技術融合等勢面實驗器、高內阻數字電勢差計、可調穩壓直流電源、自制模擬靜電場電極三套、水槽與探針等。
三、實驗創新要求/改進要點
1. “初感”：用電子感應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象，自制避雷針模型演示生活中的雷電尖端放電過程。引導學生通過實驗觀察感悟自然現象及其物理知識，理解電場強度與電勢差的關系。
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律反映出來。材料簡易便捷。
3. “深究”：用信息技術融合，通過智能手機攝像和無線互聯技術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/實驗設計思路
根據靜電場物理原理，電場強度與電勢差的關系，當電壓不變時，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，將發生極板間的火花放電現象，電場強度越大，放電越明顯。當極板表面不平行時，會發生不均勻的尖端放電現象。
當無法直接觀察放電現象時，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，自制多套形狀的電極模擬各種典型電場分布；用兩臺高阻數字電壓表探測等勢點；同時融合信息技術用智能手機的高清攝像和無線互聯技術將操作畫面共享到教室的電子白板，在電子白板上直接標注和描繪等勢面；用多臺智能手機可以實現分組多畫面共享或推送教學資源。信息技術的融合應用創新了物理探究實驗教學的互動模式。
五、實驗教學目標
1. 知識與技能：理解電場強度與電勢差的關系，知道電場中的電勢及其分布規律，知道等勢面及描繪等勢面的方法，等勢面與電場線的關系。
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、態度、價值觀：體驗探究帶來的樂趣，基于事實證據發現和論證科學規律，形成的對科學和技術應有的正確態度以及責任感。
六、實驗教學內容
實驗一：演示空間勻強電場中的放電現象，分析電場強度與電勢差的關系，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，立體呈現等勢面的分布規律。
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，用創新教具與信息技術進行互動定量測量實驗，獲取等勢線。
七、實驗教學過程
描繪等勢線實驗的教學過程如下：
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電介質。在水中放入電極，不同的電極組合模擬不同的電場。電極上引出導線接學生電源直流穩壓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傳送到教室屏幕上。
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稱為“操作者”。打開學生電源和數字電壓表電源，數字電壓表顯示為“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。當電壓表讀數為“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，讀數一致，都反映了表筆所探測的電壓。此時由另一位同學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。這位同學稱為“記錄者”。當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。當得到一個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：學生的認知建構規律是具體到抽象、簡單到復雜、感性到理性。通過實驗學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驗引發推理探究，對知識結構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，材料環保、使用便捷；信息技術深度融合，實驗視野下的全程操作向全班同學演示，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新模式。
3. 思維方式的提升：學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、思維階梯有序發展。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
