1、第第 1 1 节电荷节电荷 教学设计教学设计 课题 电荷 单元 9 学科 物理 年级 高中 教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修 3 第 9 章第一节的内容。 本节首先通过对电 荷的认识开始,掌握使物体带电的方法，再通过了解物质微观结构认识物体带电的本质。有 了对物体带电本质的理解,对电荷守恒定律的理解便水到渠成了,从而进一步巩固高中的守 恒思想，最后了解元电荷和比荷的概念。教师对课件中设置的问题不能只要求学生停留在找 出正确答案的层面,更要重视知识和实验技能以及理性思维的训练,达到学生能够独立思考, 能进行师生互动、同伴交流的效果，其中起电实验是关键，应该做好摩擦起电和感应起电
2、实 验,引导学生设计新的实验来验证自己的推测,从而进一步深化对电荷的认识。 教 学 目 标 与 核 心 素 养 一、教学目标 1知道两种电荷及其相互作用。知道电量的概念。 2知道摩擦起电，知道摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。 3知道静电感应现象，知道静电感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开。 4知道电荷守恒定律。 5知道什么是元电荷。 二、核心素养 物理观念：关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化，构 建元电荷的物理模型。 科学思维：经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微 观结构的角度认识物体带电的本质。 科学探
3、究：通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电 荷，而是使物体中的电荷分开但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。 科学态度与责任：通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质。 重点 静电产生的三种方式及原理,电荷守恒定律及电荷移动引起的电荷重新分配原则。 难点 利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 公元前 600 年左右，古希腊学者泰勒斯就发现 摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。 出示图片：古希腊学者泰勒斯和摩擦过的琥珀 能够吸引羽毛 观看图片了解 古希腊学者泰
4、勒斯和我国学 为引出本节课题 电荷做铺垫 公元 1 世纪，我国学者王充在论衡一书中 也写下“顿牟掇芥”一语。你知道是什么意思吗？ 出示图片：我国学者王充 此语意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的 轻小物体。 16 世纪， 英国科学家吉尔伯特在研究这类现象 时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的 “electricity”（电）这个词，用来表示琥珀经过摩 擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电 荷。 出示图片：英国科学家吉尔伯特 今天我们就来学习电荷以及使物体带电的方 法等有关知识。 者王充发现摩 擦过的琥珀吸 引轻小物体的 现象 讲授新课 一、电荷 1.电荷种类及其相互作用规律 演示实验：分
5、别用丝绸摩擦过的两个玻璃棒互 相靠近，观察发生的现象；再用毛皮摩擦过的硬橡 胶棒靠近玻璃棒，观察发生的现象；这能说明什么 问题？ 出示视频：两种电荷及其相互作用 教师总结总结展示参考答案 现象:用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥， 而 玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引。 这说明摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒都带了电 荷，并且玻璃棒和硬橡胶棒带异种电荷；同种电荷 相互排斥，异种电荷相互吸引。 （1）电荷种类 美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电的性 质与摩擦产生的电的性质完全相同，并命名了正电 荷和负电荷。 迄今为止，人们没有发现对这两种电荷都排斥 学生观看视频 并说出观察到 的现象，并思 考通过观察的
6、现象能说明什 么问题？ 锻炼学生的观察 和独立思考的能 力 或都吸引的电荷。所以自然界的电荷只有两种：正 电荷和负电荷。 被丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷命名为 正电荷，用” +“表示。 被毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷命名为 负电荷，用” - “表示。 （2）两种电荷间的相互作用规律 同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引。 2.电荷量 （1）定义：电荷的多少叫作电荷量，用 Q 或 q 来表示。 （2）单位：它的单位是库仑，简称库，符号 是 C。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为 负值。 （3）比较电荷带电的多少，要比较的是其电 荷量的绝对值，绝对值大的带电多。尽管电荷量有 正负值 （正号一般省
7、略） ， 要知道这里的 “” “” 号代表电荷的种类，与数学中的正负号的含义不 同。 3.物质的微观结构 每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电 阅读课文了解 电荷的种类和 两种电荷间的 相互作用规律 阅读课文掌握 电荷量定义以 及单位知道比 较电荷带电的 多少，要比较 的是其电荷量 的绝对值，绝 对值大的带电 多。 观看图片说出 物质的微观结 构 让学生掌握自然 界的电荷只有两 种：正电荷和负 电荷，同种电荷 相互排斥；异种 电荷相互吸引等 基础知识 锻炼学生的自主 学习的能力 帮助学生理解整 个原子对外界表 现为电中性的原 因。 荷数量一样多，所以整个原子对外界表现为电中 性。 质子和中子
8、之间有强相互作用核力的作用。离 原子核较远的核外电子容易受到外界的作用而脱 离原子。 （2）金属的微观结构模型 金属中原子的外层电子往往会脱离原子核 的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电 子。 失去自由电子的原子便成为带正电的离子。 出示图片：金属的微观结构模型 教师讲解：每个正离子在金属内部排列起来， 它们都在自己的平衡位置附近振动而不移动，只有 自由电子穿梭其中这就使金属成为导体。 注意：绝缘体中几乎不存在能自由移动的电 荷。 二、使物体带电的方法 1.摩擦起电 （1）定义：人们发现，很多物体都会由于摩 擦而带电，并称这种方式为摩擦起电。 （2）摩擦起电的原因：不同物质的原子核束
9、缚电子的能力不同。电子从一个物体上转移到另一 个物体上，得到电子的物体带负电，失去电子的物 体带正电，这样两个相互摩擦的物体带上了等量异 种电荷。 （3）实质：电子的转移。 例如：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的正电荷， 实质上就是由于两者摩擦，组成玻璃棒的原子上的 若干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子带正 电，而丝绸得到电子带负电。 出示图片:用丝绸摩擦玻璃棒 阅读课文了解 金属的微观结 构模型 锻炼学生的自主 学习能力 特别提醒！ 同一物体分别与不同种类的物体摩擦，该物体 所带电荷的种类可能不同。所以，不要以为摩擦过 的玻璃棒总是带正电。 例如：棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩 擦，所带电荷
10、的种类是不同的。 2.静电感应引起的感应起电 （1）演示实验：观察静电感应现象 实验器材 一对用绝缘柱支持的导体 A 和 B，且分别在 A、B 下部贴有两片金属箔、绝缘棒、带电体 C。 静电感应 实验步骤 取一对用绝缘柱支持的导体 A 和 B，使它们 彼此接触。它们不带电，贴在下部的两片金属箔是 _。 答案：闭合的 手握绝缘棒， 把带正电荷的带电体 C 移近导 体 A，观察金属箔有什么变化？ 观察静电感应 现象，并通过 阅读实验步骤 自己动手操作 锻炼学生的动手 操作能力 现象：金属箔由闭合变为张开，表明导体 A、 B 两端都带了电。 手持绝缘柱把导体 A 和 B 分开， 然后移开 C，金属箔
11、又有什么变化？再让导体 A 和 B 接 触，又会看到什么现象？ 现象：先把 A 和 B 分开，然后移去 C 时，A 和B两端的金属箔仍然张开， 但张角却有些变小了， 再让 A 和 B 接触，可以看到 A、B 两端的金属箔都 闭合了。 利用金属的微观结构模型，解释看到的现 象。 参考答案： 因为 C 棒的正电荷吸引金属导体中 的自由电子，在 A 端有多余电子积累而带负电，B 端因失去电子带正电，A、B 分离时 A 带负电。B 带正电，并且 A、B 两导体所带电荷等量异号。移 去 C 棒后，积累在 A 端和 B 端的电荷会在两部分 导体中重新分布，原来积累在 A、B 两端的电荷有 一部分会分散掉。
12、所以金属箔张角变小。再让 A、 B 接触，由于它们所带电荷等量异号，所以电荷中 和，金属箔闭合。 （2）静电感应 当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸 引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电 体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带 电体的一端带同种电荷。这种现象叫作静电感应。 （3）感应起电 利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感 应起电。 通过实验学生 说出实验现 象，利用金属 的微观结构模 型，解释看到 的现象。 锻炼学生的的观 察力和理解总结 能力 做一做 从 18 世纪起，人们开始经常使用一种叫作验 电器的简单装置来检测物体是否带电。 制作验电器材料：导体棒、玻璃瓶、两
13、片金 属箔、金属丝和绝缘塞。 制作过程中有两个关键点：一是绝缘塞的绝缘 性能要好；二是两片金属箔要既轻又硬，张开合拢 灵活。 制作过程：如图玻璃瓶内有两片金属箔，用金 属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端穿过绝缘的 瓶塞从瓶口伸出就制成了验电器。 出示图片：验电器 思考讨论 1：是否只有当带电体与导体棒的上 端直接接触时，金属箔片才开始张开？解释下面将 要看到的现象。 参考答案：不是，当带电体靠近导体棒并不与 其接触时，金属箔片也能张开。 当带电体直接接触导体棒时，导体棒和两片金 属箔带了与带电体同种的电荷。当带电体靠近导体 棒并不与其接触时，因静电感应，导体棒带了与带 电体不同种的电荷，两片金
14、属箔带了与带电体同种 的电荷。两种方式下，两片金属箔都会相互排斥而 张开。 思考讨论 2：验电器能检验电荷的种类吗？怎 样检验？，都可以判断物体是否带电。 参考答案：能检验电荷的种类。先使金属箔带 上某种已知电荷，再将待测带电体靠近验电器的导 体棒，根据金属箔张角的增减判断带电体电荷的种 类 把金属箔换成指针，并用金属制作外壳，这 样的验电器又叫作静电计 学生动手制作 验电器并回答 问题 让学生了解验电 器的使用 出示图片：静电计 静电计是通过静电感应检测带电体带电的相 对数量的静电仪器。 针对练习：如图所示，把带正电金属球 A，靠 近不带电的验电器 B，则( ) A验电器金属箔片不张开，因为
15、球 A 没有和 B 接触 B验电器金属箔片张开，因为整个验电器都 带上了正电 C验电器金属箔片张开，因为整个验电器都 带上了负电 D验电器金属箔片张开，因为验电器金属箔 片带上了正电 3.接触起电 （1）不带电的导体与带电的物体接触后会带 上电荷，这种使导体带电的方式叫做接触起电。 （2）两个完全相同的带电导体接触后电荷的 分布规律 两个完全相同的导体，一个带电，另一个不 带电。当两个导体接触后再分开时，两导体所带的 电荷量相等，都等于原来电荷量的一半。 两个完全相同的导体，都带有一定量的电 荷，若两带电体的电荷量分别为 Q1、Q2，则它们 接触后再分开都带有的电荷量 ， 式中电荷量 Q、Q
16、均包含它们的正负号。 针对练习 两金属小球所带电荷量分别为+3Q 和-Q，将两 小球接触后分开，它们各自所带的电荷量都是 学生练习 学生听教师补 充讲解 学生练习 巩固验电器的知 识 了解接触起电的 电荷分布规律 巩固接触起电的 2 2 2 21 1 Q+Q （ ） A+3Q B+2Q C-Q D+Q 答案：D 三、电荷守恒定律 无论是摩擦起电还是感应起电都没有创造电 荷，只是电荷的分布发生了变化，电荷并没有产生 和消失。 1.电荷守恒定律 （1）大量实验事实表明，电荷既不会创生， 也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物 体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移 过程中，电荷的总量保持
17、不变，这个结论叫作电荷 守恒定律。 近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子 可以产生或湮没。 例如，一个高能光子在一定条件下可以产生一 个正电子和一个负电子；一对正、负电子可以同时 湮没，转化为光子。不过在这些情况下，带电粒子 总是成对产生或湮没的，两个粒子带电数量相等但 电性相反，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍 然不变。 （2）电荷守恒定律另表述为： 一个与外界没 有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变 的。 特别提醒! (1)不论是起电现象还是电荷中和现象， 其过程 只是电荷的转移，电荷本身不能被创生或消灭。 (2)在任何物理过程中，各个物体的电荷量可 以改变，但所有物体电荷量的
18、代数和是守恒的。 四、元电荷 1.元电荷 阅读课文理解 电荷守恒定律 的两种表述方 法 电荷分布规律 锻炼学生的自主 学习能力 （1）实验发现的最小电荷量就是电子所带的 电荷量，人们把这个最小的电荷量叫作元电荷。 （2）质子、正电子所带的电荷量与它相同， 电性相反。用 e 表示。 （3）所有带电体的电荷量或者等于 e，或者是 e 的整数倍。电荷量是不能连续变化的物理量。 （4）元电荷的数值最早是由美国科学家密立 根用实验测得到的。 现在公认的元电荷 e 的值为 e1.602 176 634 10 -19 C，在计算中，可取 e1.60 10 -19 C 特别提醒！ 元电荷是电荷量的单位，不是指
19、某电荷。 例如： 质子、 电子的电荷量的数值皆为 1.60 10 19 C，但它们不叫元电荷，它们电荷量的绝对值才 叫元电荷。 针对练习 关于元电荷，下述正确的是（ ） A点电荷就是元电荷 B元电荷就是正电子 C元电荷是带电量为 1C 的电荷 D自然界中已知的最小电荷量 答案：D 2.比荷 电荷的电荷量 q 与其质量 m的比值 q/m， 符号： C/kg 例如： 电子的电荷量 e 与电子的质量 me 之比， 叫作电子的比荷，电子的质量 me 9.11 10 -31 kg。 所以电子的比荷为： 阅读课文知道 元电荷部分的 内容 学生练习 锻炼学生的自主 学习能力，掌握 元电荷是电荷量 的单位，不
20、是指 某电荷，所有带 电体的电荷量或 者等于 e， 或者是 e 的整数倍。 电荷 量是不能连续变 化的物理量。 巩固元电荷的相 关知识 C/kg101.76 kg100.91 C101.60 11 30 19 = = e m e 课堂练习 1.根据电荷守恒定律， 使两个相同的金属球 A、 B 分别带+5q 和-q 的电荷，把它们接触后分开，则 A 带电量为（ ） A-4q B+2q C+4q D-2q 答案：B 2. 元电荷是（ ） A电荷量 B点电荷 C电子 D质子 答案：A 3.关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法 正确的是：（ ） A摩擦起电现象说明通过做功可以创造电荷 B摩擦起电说明
21、电荷可以从一个物体转移到 另一个物体 C感应起电说明带电的物体可以使不带电的 物体创造电荷 D感应起电说明电荷从带电的物体转移到原 来不带电的物体上去了 答案：B 4.下列关于静电的说法中正确的是 A摩擦起电创造了电荷 B丝绸摩擦过的玻璃棒带负电荷 C普通验电器能直接检测物体带有何种性质 的电荷 D电荷量存在某最小值 答案：D 拓展提高 1.下列说法正确的是 A物体所带的电荷量可以为 2 10 -19 C B不带电的物体上，既没有正电荷也没有负 电荷 学生练习 巩固本节知识 C摩擦起电的过程，是靠摩擦产生了电荷 D利用静电感应使金属导体带电，实质上是 导体中的自由电子趋向或远离带电体 答案：D
22、 2.如图所示， 用绝缘柱支持的导体 A 和 B 彼此 接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是 闭合的把带正电的物体 C 移近 A 端，然后把 A 和 B 分开较远的距离，再移去 C，则（ ） AC 移近 A 端时，A 端的金属箔张开，B 端 的金属箔闭合 BC 移近 A 端时，A 端的金属箔闭合，B 端 的金属箔张开 CA 和 B 分开，移去 C 后，B 端的金属箔会 立即闭合 DA 和 B 分开，移去 C 后，A 端的金属箔仍 会张开 答案：D 3. 如图所示，用起电机使金属球 A 带上正电 荷，并靠近验电器 B，则( ) A验电器金属箔片不张开，因为球 A 没有和 球 B 接触 B
23、验电器金属箔片张开，因为整个验电器都 感应出了正电荷 C验电器金属箔片张开，因为整个验电器都 感应出了负电荷 D验电器金属箔片张开，因为验电器的下部 箔片感应出了正电荷 课堂小结 1.自然界的电荷只有两种：正电荷和负电荷。 2.同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引。 3.使物体带电的方式：摩擦起电、感应起电、 接触起电 4.电荷守恒定律 5.实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷 量，人们把这个最小的电荷量叫作元电荷。 6.所有带电体的电量等于电荷量 e 或电荷量 e 的整数倍 7.比荷： 电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m 梳理自己本节 所学知识进行 交流 根据学生表述， 查漏补缺，并有 针对性地进行讲 解补充。 板书 一.电荷 1.自然界的电荷只有两种：正电荷和负电荷。 同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引。 2.电荷的多少叫作电荷量，用 Q 或 q 来表示。 3.物质的微观结构 二、使物体带电的方法 摩擦起电、感应起电、接触起电 三、电荷守恒定律 四、元电荷 1.实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷 量，人们把这个最小的电荷量叫作元电荷。 2.比荷：电荷的电荷量 q 与其质量 m 的比值 q/m
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