2023-2024学年高二下学期物理竞赛教学设计：介质中的高斯定理，电位移矢量.docx

2023-2024学年高二下学期物理竞赛教学设计：介质中的高斯定理，电位移矢量

科目

授课时间节次

--年—月—日（星期——）第—节

指导教师

授课班级、授课课时

授课题目

（包括教材及章节名称）

2023-2024学年高二下学期物理竞赛教学设计：介质中的高斯定理，电位移矢量

设计思路

本节课以高二物理课本中“介质中的高斯定理，电位移矢量”章节为基础，结合物理竞赛要求，注重理论与实践相结合。设计思路为：首先通过实例引入高斯定理在介质中的应用，让学生理解并掌握定理的推导过程；随后，通过实验和案例分析，引导学生深入理解电位移矢量的概念及其在电场中的应用；最后，通过针对性练习，巩固所学知识，提高学生的解题能力和竞赛水平。整个教学过程注重启发式教学，培养学生的创新思维和实际应用能力。

核心素养目标

培养学生对物理概念的理解能力，特别是对介质中的高斯定理和电位移矢量的深入理解，提升其科学思维和逻辑推理能力。通过实验和实例分析，发展学生的实践操作能力和问题解决能力，增强其对物理现象的观察与探究兴趣，培养科学态度与责任感。同时，通过小组讨论和合作学习，提高学生的交流与合作素养，形成积极的科学价值观。

学习者分析

1.学生已经掌握了静电场的基本概念和基本定理，如库仑定律、电场强度、电势等，并对高斯定理有了初步的认识。

2.学生对物理有较高的兴趣，具备一定的逻辑推理和数学运算能力。他们在学习过程中倾向于通过实际操作和实例来理解抽象概念，喜欢小组讨论和合作学习，但个别学生可能对理论推导和复杂公式感到畏惧。

3.学生可能遇到的困难和挑战包括：对高斯定理在介质中应用的深入理解，电位移矢量概念的抽象性，以及在复杂情况下应用这些概念解决问题的能力。此外，竞赛题目往往要求较高的解题技巧和创新能力，这对学生来说也是一个挑战。

教学方法与策略

1.结合讲授法与讨论法，先通过讲授介绍介质中的高斯定理和电位移矢量的理论知识，再通过引导讨论，让学生深入理解并应用这些概念。

2.设计实验观察和案例分析活动，让学生通过实际操作和观察电场现象，增强对理论的理解。同时，组织小组讨论，鼓励学生分享解题思路，提高合作学习能力。

3.使用多媒体教学工具，如PPT和动画演示，帮助学生形象化地理解电位移矢量和电场的关系，以及高斯定理在不同介质中的应用。

教学过程

1.导入新课

同学们，上一节课我们学习了静电场中的高斯定理，那么大家思考一下，如果在介质中，高斯定理是否仍然适用呢？它会有什么变化呢？今天我们将一起学习“介质中的高斯定理，电位移矢量”，来探究这个问题。

2.理论讲解

（1）首先，我们来回顾一下高斯定理的基本形式。高斯定理描述了闭合曲面上电场通量与电荷之间的关系。公式为：∮E·dS=Q。这里，E是电场强度，dS是闭合曲面上的面积元素，Q是闭合曲面内的电荷。

（2）接下来，我们考虑介质对电场的影响。当电场存在时，介质中的分子会被极化，产生一个与外电场相反的附加电场。这个附加电场会改变原来的电场分布。

（3）为了描述介质中的电场，我们引入一个新的概念——电位移矢量D。电位移矢量D是电场强度E与介电常数ε的乘积，即D=εE。这样，我们可以将高斯定理推广到介质中，公式变为：∮D·dS=Q。

3.实例分析

（1）现在，让我们通过一个具体的例子来理解介质中的高斯定理。假设有一个平行板电容器，中间填充了一种均匀介质。请问，在这种情况下，高斯定理是如何应用的？

（2）同学们可以尝试根据高斯定理，推导出平行板电容器中介质的影响。提示：考虑介电常数ε的作用。

4.实验观察

（1）为了加深同学们对电位移矢量的理解，我们来做一个简单的实验。请同学们观察这个实验装置，它由一个平行板电容器和一个介质板组成。

（2）首先，我们将电容器充电，然后插入介质板。请大家注意观察电场线的变化，并尝试解释这个现象。

5.小组讨论

（1）现在，请大家分成小组，讨论以下问题：在介质中，高斯定理的应用与真空中有何不同？电位移矢量D与电场强度E之间的关系是什么？

（2）每个小组选一位代表分享讨论成果。其他小组的同学也可以补充发言。

6.解题训练

（1）接下来，我们来做一些练习题，巩固所学知识。请同学们完成以下题目：

-给定一个充满均匀介质的平行板电容器，已知电容器的电容为C，介电常数为ε，求电位移矢量D。

-在一个充满介质的球体中，存在一个点电荷Q，求球体内部的电位移矢量D。

（2）同学们可以互相交流解题思路，也可以向我提问。我会及时解答大家的疑问。

7.总结与反思

（1）通过今天的学习，我们掌握了介质中的高斯定理和电位移矢量的概念，了解了它们在电场中的应用。

（2）请大家回顾一下本节课的内容，思考以下问题：介质中的高斯定理与真空中的高斯定理有何不同？电位移矢量D与电场强度E之间的关