2022-2023學年人教版必修三 9.1 電荷 教案

9.1電荷〖教材分析〗本節(jié)由電荷、感應(yīng)起電、電荷守恒定律、元電荷四部分內(nèi)容組成。他們是本章知識的基礎(chǔ)，關(guān)于電荷的一些知識初中已經(jīng)有相應(yīng)的介紹，高中則更加側(cè)重從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)來認識物體帶電的本質(zhì)，結(jié)合摩擦起電和感應(yīng)起電的具體情景，理解電荷守恒定律是本節(jié)的重點。教學中要通過對三種不同起電的方式進行分析，使學生進一步深化對電荷的認識。〖教學目標與核心素養(yǎng)〗物理觀念：能建立電荷的物理觀念，運用物理語言科學的描述電荷的特性，并能從微觀角度解釋物體帶電現(xiàn)象?？茖W思維：知道電荷守恒定律與能量守恒定律一樣具有普遍性，物體帶電只是電荷的重新分布，并不是創(chuàng)造了電荷?？茖W探究：掌握研究摩擦起電和感應(yīng)起電的方法，能在具體問題中判斷電荷的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)量?？茖W態(tài)度與責任：理解物理概念的建立的過程和規(guī)律；感悟自然界的統(tǒng)一、和諧美；認識到電量與能量物理現(xiàn)象的相似性，具有在微觀領(lǐng)域的想象力?！冀虒W重點與難點〗重點：1.物體帶電的方式和實質(zhì)。2.電荷守恒定律。難點：1.摩擦起電和感應(yīng)起電電荷的移動方向和電量的計算。2.利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問題?！冀虒W準備〗多媒體課件、絲綢、玻璃棒、毛皮、橡膠棒、驗電器、碎紙屑等?！冀虒W過程〗一、新課引入摩擦可以使物體帶電。摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛。為什么有的物體容易帶電，而有的物體很難帶電呢?二、新課教學（一）電荷1.介紹發(fā)現(xiàn)電荷的主要歷程在公元前600年左右，古希臘人泰勒斯就發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象。（播放動圖）公元1世紀，我國學者王充在《論衡》一書中也寫下“頓牟掇芥”一語。此語意為摩擦過的琥珀能吸引像草芥一類的輕小物體。（展示圖片）到了16世紀，英國科學家吉爾伯特在研究這類現(xiàn)象時首先根據(jù)希臘問的琥珀創(chuàng)造了英語中的“electricity”(電)這個詞，用來表示琥珀經(jīng)過摩擦以后具有能夠吸引輕小物體的性質(zhì)，并且認為摩擦過的琥珀帶有電荷。歸納：電荷是具有能夠吸引輕小物體性質(zhì)。美國科學家富蘭克林通過風箏實驗，把雷電引到實驗室里，研究發(fā)現(xiàn)，雷電的性質(zhì)和摩擦起電產(chǎn)生的點的性質(zhì)完全相同。并正式命名了正電荷和負電荷。問題1:電荷是微小的，怎么命名的呢？2.自然界當中兩種電荷探究：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是A，而用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷是B。把兩個絲綢摩擦過的玻璃棒相互靠近，發(fā)現(xiàn)它們相互排斥。同樣把兩個毛皮摩擦過的橡膠棒相互靠近，發(fā)現(xiàn)它們也相互排斥。這說明同種電荷相互排斥。而把絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒是相互吸引的，這說明異種電荷相互吸引。除此之外與兩種電荷都排斥或者都吸引的電荷，并不存在。這表明自然界中的電荷只有這兩種，后來美國科學家富蘭克林將①絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷命名為正電荷。②毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷命名為負電荷。課堂練習例1：有A、B、C三個塑料小球，A和B，B和C，C和A間都是相互吸引的，如果A帶正電，則：A、B、C球均帶負電B、B球帶負電，C球帶正電C、B、C球中必有一個帶負電，而另一個不帶電D、B、C球都不帶電解題提示：如果兩個物體互相排斥，那一定是兩個物體帶有同種電荷，但如果兩個物體吸引，除了帶異種電荷之外，還有可能是兩個物體一個帶電，一個不帶電。因為帶電體能夠吸引輕小物體。選C問題2：那怎么描述電荷的多少呢？（閱讀第2頁最后一段）3.電荷量咱們用電荷量這個物理量來描述它。①符號是Q或q。②單位：庫倫，簡稱庫，符號C。③正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值。正負不代表大小。如+3C，-5C，還是負電荷所帶的電荷量多。正負只是為了方便區(qū)分，如-5C的電量，很容易就知道它帶負電。注意代入計算時只要絕對值即可。那么1庫倫的電荷量有多少呢？（播放梳頭動圖）梳頭時產(chǎn)生的電荷所帶的電量，也只有百萬分之一。巨大云層積累的電量也就幾百庫倫而已。問題3：摩擦為什么會起電嗎？這是由于構(gòu)成物質(zhì)的原子本身就包括了帶電粒子。4.原子的構(gòu)成質(zhì)子（+）原子核（+）原子中子（不帶電）電子（-）每個原子中的正電荷的數(shù)量與電子的負電荷的數(shù)量一樣多，所以整個原子對外呈現(xiàn)電中性，即整個物體對外不顯電性。原子內(nèi)部的質(zhì)子和中子被緊緊地束博在一起構(gòu)成原子核，原子核的結(jié)構(gòu)一般是很穩(wěn)定的。5.摩擦起電（播放動圖）定義：當兩個物體摩擦時一些束縛不緊的電子，會從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上。失去電子的物體帶正電。得到電子的物體帶負電。這兩個物體帶的是等量異種電荷，摩擦起電的本質(zhì)是電荷在兩個物體間發(fā)生了轉(zhuǎn)移。例如前面說的用絲綢摩擦玻璃棒時，玻璃棒帶正電，那絲綢自然就是負電。問題4：電子是怎么轉(zhuǎn)移的呢？那是因為上有些電子跑到絲綢上了，玻璃棒因缺少電子而帶正電，絲綢因有了多余的電子而帶負電。同理還有毛皮摩擦過的橡膠棒時，橡膠棒帶負電荷，毛皮帶正電。電子從毛皮轉(zhuǎn)向的橡膠棒。6.金屬微觀結(jié)構(gòu)只有帶負電的電子才會跑來跑去，帶正電的原子核不能自由移動。金屬中原子的外層電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由運動，這種電子叫作自由電子。失去自由電子的原子便成為帶正電的離子，它們在金屬內(nèi)部排列起來，每個正離子都在自己的平衡位置附近振動而不移動，只有自由電子穿校其中，這就使金屬成為導體。絕緣體中幾乎不存在能自由移動的電荷。問題5：摩擦可以使物體帶電，還有其他方法可以使物體帶電嗎？?靜電感應(yīng)實驗：觀察靜電感應(yīng)現(xiàn)象。①（播放動圖）把帶正電的帶電體C移近導體A，觀察到AB的金屬箔都張開了②（播放動圖）把AB分開，移開C，觀察到同種電荷相互排斥所以仍然張開。③（播放動圖）再讓AB接觸，觀察到金屬箔閉合。說明A、B所帶荷是等量異種電荷，互相接觸時，等量的正、負電荷發(fā)生了中和，所以才閉合。問題6：為什么AB會帶電呢？（播放動圖）利用金屬的微觀結(jié)構(gòu)再看一次這個過程，當帶電的導體C靠近時，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。導體上本來均勻分布的自由電子，會被吸引過來靠近C，也就是聚集在靠近C的這端，從而使靠近C的這端帶負電（異種電荷），導體B則失去了部分電子因此帶正電這就使得導體AB帶上了等量異種電荷，這種現(xiàn)象就叫做靜電感應(yīng)。即將電荷移近不帶電的導體，可以使導體帶電，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。規(guī)律：近端感應(yīng)異種電荷，遠端感應(yīng)等量同種電荷。利用靜電感應(yīng)使金屬導體帶電的過程叫做感應(yīng)起電。感應(yīng)起電也沒有創(chuàng)造電荷，仍然是使電荷從導體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分。做一做：驗電器觀察：當帶電體靠近導體棒上端時，金屬箔片是否張開？兩者接觸時呢？（播放動圖）當帶電體靠近導體棒上端時，觀察到金屬箔片是張開的。為什么呢？金屬箔張開那必然是帶電了，和前面的討論一樣，屬于感應(yīng)起電。當兩者接觸后，金屬箔也張開，這種起電方式，我們稱為接觸起電（展示圖片）我們常見的接觸起電有，漏電，和平時我們的充電過程。問題7：那么接觸起電的實質(zhì)是什么呢？從微觀上看剛才的驗電器金屬箔張開的過程（播放動圖）。觀察看到電子金屬棒，跑到了驗電器上。所以接觸起電的實質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。特別的兩個完全相同的帶電導體,接觸后再分開,二者將原來所帶電量的總和平均分配。歸納總結(jié)：摩擦起電，感應(yīng)起電，接觸起電，無論是那種起電方式都沒有創(chuàng)造電荷，而是讓電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移。我們不創(chuàng)造電荷，我們只是電荷的搬運工。注意的是在電荷轉(zhuǎn)移的過程中始終是帶負電的電子發(fā)生移動，而帶正電的原子核并不能自由移動。（三）電荷守恒定律電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。這個結(jié)論叫做電荷守恒定律。電荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。有時候會疑惑，一個正電荷和一個負電荷，會相互中和，就不帶電了。這不是讓電荷變少了嗎？其實并不是。中和時正負電荷仍然存在的，并沒有被消滅，只是對外不顯電性。另一方面近代物理實驗發(fā)現(xiàn)，一個高能光子在一定條件下可以產(chǎn)生一個正電子'和一個負電子。而一對正、負電子又可以同時湮沒，轉(zhuǎn)化為光子。也就是說在一定條件下，電荷是可以產(chǎn)生和湮滅的，不過在這種情況下帶電粒子總是成對產(chǎn)生或湮沒的，兩個粒子帶電數(shù)量相等但電性相反，而光子又不帶電。所以電荷的代數(shù)和仍然不變。因此電荷守恒定律現(xiàn)在表述是：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的。（四）元電荷迄今為止，實驗發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。質(zhì)子、正電子所帶的電荷量與它相同，電性相反。元電荷：最小的電荷量。這個最小的電荷量用符號e來表示，實驗表明所有帶電體的電荷量要么等于e，要么是e的整數(shù)倍，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。元電荷指的的電子或質(zhì)子所帶的電荷量，不是電子或者質(zhì)子這個物體。問題8：元電荷的意義那么重要，那么它的數(shù)值是多少呢？美國物理學家密立根通過油滴實驗最早測得e的值e=1.60×10-19C除了電荷量你還得知道比荷。它是指電子的電荷量e與電子的質(zhì)量m的比它也是一個重要的物理量。比如電子的質(zhì)量me=9.11×10-31kg，所以電子的比荷為課堂練習例2：一個帶電小球所帶電量為q，則q可能是（）A、3×1019CB、4.8×10-19CC、0.8×10-19CD、9×10-19C解題提示：所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。選B。例3.在圖9.1-3所示的實驗中，導體分開后，A帶上了-1.0×10-8C的電荷。實驗過程中，是電子由A轉(zhuǎn)移到B還是由B轉(zhuǎn)移到A?A、B得到或失去的電子數(shù)各是多少?解題提示：只有帶負電的電子才會跑來跑去，帶正電的原子核不能自由移動。得電子帶負電，失去電子帶正電。根據(jù)圖示感應(yīng)起電的規(guī)律近端感應(yīng)異種電荷，遠端感應(yīng)等量同種電荷。所以A端是負電，是得到電子。B端是正電，失去電子，即電子從B到A?？偟碾娏渴荙=-1.0×10-8C，而每個電子的電量是e，則有ne=Q。解得n=6.2×1011〖板書設(shè)計〗9.1電荷電荷：具有能夠吸引輕小物體性質(zhì)。正電荷：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷2.負電荷：-毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷性質(zhì)：同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。3.電荷量：電荷的多少叫電荷量，符號：Q或q，單位:庫侖C。摩擦起電：失電子帶正電，得電子