電荷（導學案）高二物理（人教版2019）

第1節(jié)電荷導學案【學習目標】1、分析摩擦起電和帶電體間的相互作用實驗現(xiàn)象，知道自然界存在兩種電荷。知道電荷量的概念及其國際單位。2、會用原子結構模型解釋摩擦起電的原因，觀察并分析靜電感應現(xiàn)象，進一步提高應用物理模型解釋現(xiàn)象的能力。3、通過觀察摩擦起電、靜電感應等現(xiàn)象，激發(fā)對自然界的好奇心。4、通過不同起電方式的分析得出電荷守恒定律，理解電荷守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。5、知道元電荷概念，體會電荷量是不連續(xù)的?！緦W習重難點】學習重點：電荷守恒定律的理解。學習難點：從物質微觀結構的角度認識物體帶電的本質?！局R回顧】（初中物理部分知識點回顧）1、自然界只有兩種電荷。人們把用絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫做正電荷，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫做負電荷。電荷間的相互作用是：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。2、常見的物質是由分子、原子構成的。原子也有進一步的結構，它的中心是原子核，在原子核周圍，有一定數目的電子。電子帶負電荷，原子核帶正電荷。在通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外所有電子所帶的負電荷在數量上相等，原子整體不顯電性。3、容易導電的物體叫做導體，例如金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等。不容易導電的物體叫做絕緣體，例如橡膠、玻璃、塑料等。在金屬中，部分電子可以脫離原子核的束縛，而在金屬內部自由移動，這種電子叫做自由電子。金屬導電，靠的就是自由電子?！咀灾黝A習】1、物體帶電的實質是物體得、失電子，得到電子的物體帶負電，失去電子的物體帶正電。2、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，在轉移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數保持不變。3、元電荷的大小：e＝1.6×1019C。電荷量與質量的比值，叫做比荷，也叫荷質比。【課堂探究】新課導入：摩擦可以使物體帶電。摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛。思考：為什么有的物體容易帶電，而有的物體很難帶電呢？兩個束縛電子的能力差別較大的物體在摩擦時更容易帶電，如琥珀與絲綢、玻璃棒與絲綢、橡膠棒與毛皮等，反之，兩個束縛電子的能力差別較小的物體在摩擦時就很難帶電。第一部分電荷中、西方對電現(xiàn)象的觀察和認識過程?！疽曨l】帶電的橡膠棒、玻璃棒對輕小物體的吸引，兩者之間的相互作用。思考1：怎樣得到正電荷、負電荷呢？怎樣解釋視頻中的現(xiàn)象？用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是正電荷。用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。思考2：電荷有大小、多少之分嗎？如何表示電荷的大小呢？電荷的多少叫電荷量，用Q或q表示。電荷量的國際單位是庫侖，簡稱庫，符號C。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，只表示電性。1C的定義：1A恒定電流在1s時間間隔內所傳送的電荷量為1C。第二部分物質的微觀結構思考1：從微觀角度看，物體為什么會帶電呢？原子是由帶正電的質子、不帶電的中子以及帶負電的電子組成的。思考2：為何有的物體不帶電，有的帶正電荷、有的帶負電荷？每個原子中質子的正電荷數量與電子的負電荷數量一樣多，所以整個原子對外界表現(xiàn)為電中性。原子核一般是很穩(wěn)定的。離原子核較遠的電子容易受外界的作用而脫離原子。原來電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電。也就是說，物體帶電的實質就是物體得、失電子。思考3：為什么導體能導電？絕緣體不能導電？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，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。第三部分起電的三種方式【視頻】摩擦起電。思考1：摩擦起電的本質是什么？不同物體對電子的束縛能力不同。摩擦過程中，（對電子的束縛能力強的）物體得到電子帶負電，（對電子的束縛能力弱的）物體失去電子帶正電。【視頻】感應起電。思考2：視頻中的現(xiàn)象怎么解釋？當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應。利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電。思考3：感應起電的過程中有新的電荷產生嗎？感應起電并沒有產生新的電荷，而是在帶電體的作用下，導體上的電荷從導體的一部分轉移到了另一部分?！疽曨l】接觸起電。思考4：視頻中，接觸后，覆蓋金屬箔的小球為何會被彈開？說明小球帶有了和金屬球相同的電荷。一個不帶電的導體通過與另一個帶電體接觸后再分開，從而成為帶電體的現(xiàn)象，叫做接觸起電。思考5：真空中兩個完全相同的帶電小球相接觸，在電荷轉移的過程中，電荷怎樣分配呢？小練習：兩個完全相同的導體，接觸后再分開，二者將原來所帶電量的總和平均分配?！疽曨l】驗電器與靜電計。思考6：驗電器的主要結構有哪些？金屬球、金屬桿、金屬箔等。思考7：驗電器的工作原理是什么？同種電荷互相排斥。思考8：驗電器的作用有哪些？①檢驗物體是否帶電；②粗略判斷物體帶電的多少。第四部分電荷守恒定律思考1：起電的三種方式有哪些異同點？起電方式摩擦起電感應起電接觸起電產生條件兩不同絕緣體摩擦導體靠近帶電體導體與帶電導體接觸現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠同”導體上帶上與帶電體相同電性的電荷原因原子核對電子束縛力弱的物體失去電子，強的得到電子導體中的自由電子在電荷間力的作用下，從物體的一端轉移到另一端在電荷間力的作用下，自由電子從一個物體轉移到另一個物體實質均為電子在物體之間或物體內部的轉移?？梢?，三種起電方式都沒有創(chuàng)造電荷，只是電荷的分布發(fā)生了變化。思考2：追尋守恒量是物理學研究物質世界的重要方法之一。電荷是否也滿足某種守恒的規(guī)律呢？電荷守恒定律表述一：大量實驗事實表明，電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，在轉移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數保持不變。表述二：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數和總是保持不變。電荷守恒定律是自然界重要的基本規(guī)律之一。第五部分元電荷思考1：電荷的總量是守恒的，那么，物體的所帶的電荷量是任意數值嗎？最小電荷量就是電子所帶的電荷量。人們把這個最小的電荷量叫作元電荷，用e表示。所有帶電體的電荷量都是e的整數倍，即q＝ne（n為整數）。這就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。一個電子或質子所帶電荷量的絕對值等于元電荷，e＝1.6×1019C。這一數值最早是由美國科學家密立根測定的。電荷量與質量的比值叫做比荷，也叫荷質比。電子的比荷為：e思考2：元電荷是怎樣測定的？美國物理學家密立根從1909到1917年所做的測量微小油滴上所帶電荷的工作，即所謂油滴實驗，在全世界久負盛名，堪稱實驗物理的典范。他精確地測定了電子電荷的值，直接證實了電荷的不連續(xù)性，所以說，密立根油滴實驗在物理學發(fā)展史上具有重要的意義。密立根由于測定了電子電荷和借助光電效應測量出普朗克常數等數項成就，榮獲1923年諾貝爾物理學獎?！咀晕覝y評】1．（2022·江蘇·寶應中學高一階段練習）摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛，下列說法中正確的是（）A．說明羽毛帶有與琥珀所帶電性不同的電荷B．說明帶電體能吸引輕小物體C．當羽毛與琥珀接觸時，琥珀所帶的電荷會運動到羽毛中去D．琥珀與琥珀摩擦也能帶電【答案】B【詳解】AB．帶電的琥珀吸引了羽毛說明帶電體能吸引輕小物體，不是因為二者帶異種電荷，故A錯誤，B正確。C．琥珀能夠吸引住羽毛，說明當羽毛與琥珀接觸時，琥珀所帶的電荷不會運動到羽毛中去，否則兩者會因帶同種電荷而發(fā)生排斥，選項C錯誤；D．相同的物質得失電子的能力相同，則琥珀與琥珀摩擦不會發(fā)生電荷轉移，不能帶電，選項D錯誤。故選B。2．（2022·浙江·紹興高一）如圖所示，小劉同學利用驗電器做靜電感應實驗。她先用包裝用的氣泡膜和PVC管摩擦，使PVC管因為失去電子而帶電。左手拿帶電的PVC管靠近（但不接觸）驗電器，發(fā)現(xiàn)驗電器的金屬箔片張開，然后用右指接觸驗電器上端的金屬圓球，發(fā)現(xiàn)箔片閉合。以下對此實驗的說法中正確的是（）A．發(fā)現(xiàn)驗電器箔片張開，是因為此時箔片帶負電，但驗電器整體仍是電中性的B．右指接觸驗電器時電子從驗電器流向手指C．如果松開右手，再撤去PVC管，驗電器的箔片又會張開，驗電器整體帶負電D．如果松開右手，再撤去PVC管，驗電器的箔片依然閉合【答案】C【詳解】A．"PVC"管因為失去電子而帶正電，當其靠近驗電器時，那么驗電器的金屬球會帶負電，則箔片帶正電，故A錯誤；B．因"PVC"管帶正，驗電器的金屬球感應出負電荷，相應的金屬箔會出現(xiàn)剩余正電荷，手指接觸驗電器，使得驗電器接地，中和金屬箔上剩余的正電荷，使金屬箔不帶電，所以右指接觸驗電器時，是電子從手指流向驗電器，故B錯誤；CD．由于手指接觸驗電器時，電子從手指流向驗電器，驗電器整體帶負電，此時松開右手，再撤去"PVC"管，因驗電器整體帶負電，驗電器的箔片仍會張開，故C正確，D錯誤。故選C。3．（2021·廣西·靈山縣天山中學高二期中）（多選）關于物體的帶電荷量，以下說法中正確的是（）A．物體所帶的電荷量應該是某些特定值B．物體帶電+1.60×10-9C，這是因為該物體失去了C．物體帶電荷量的最小值為1.6×D．物體所帶的電荷量可以為任意實數【答案】ABC【詳解】AD．物體所帶的電荷量應該是元電荷的整數倍，故A正確，不符合題意，D錯誤，符合題意；B．一個電子的帶電量為q=-1.6×10-19C，物體帶正電說明物體失去相等的負電荷，從而帶正電荷，則失去的電子數為n=QC．物體帶電荷量的最小值為1.6×10-19C故選ABC。4．（2022·浙江紹興·二模）富蘭克林為研究雷電現(xiàn)象，設計了如圖所示的裝置，避雷針線路與接地線分開，并在分開處裝上帽形的金屬鐘A與B，兩鐘之間以絲線懸掛一個金屬小球C，A鐘下方用導線連接兩個很輕.的金屬小球形成驗電器D，避雷針上空附近的云不帶電時，三個金屬小球均靜止下垂。若帶負電的云接近避雷針頂端時，則（）A．避雷針頂端帶負電B．接地線上有正電荷流入大地C．驗電器D上的兩個金屬小球最后會下垂并相互接觸D．金屬小球C會在A與B之間擺動，不斷來回撞擊A與B【答案】D【詳解】A．根據異種電荷相互吸引、同種電荷相互排斥，可知若帶負電的云接近避雷針頂端時，避雷針頂端帶正電，故A錯誤；B．金屬內的正電荷不會移動，故B錯誤；CD．由A選項分析可知，驗電器D下端帶負電，小球C在驗電器D下端的吸引下撞擊A，然后和A帶同種電荷負電，然后相互排斥，和B接觸，此時電子通過B導入大地，然后C不帶電，如此反復，驗電器下端兩小球始終帶負電，所以兩小球相互排斥，故D正確，C錯誤。故選D。5．（多選）如圖所示，a、b、c、d為四個帶電小球，兩球之間的作用分別為a吸引d，b排斥c，c排斥a，d吸引b，則（）A．僅有兩個小球帶同種電荷B．僅有三個小球帶同種電荷C．c、d小球帶同種電荷D．c、d小球帶異種電荷【答案】BD【詳解】試題分析：設a帶正電，則a吸d，異種電荷相吸，所以d帶負電．c斥a，同種電荷相斥，所以c帶正電．d吸b，所以b帶正電；即a+、d、c+、b+；故選BD．考點：電荷間的相互作用【名師點睛】本題比較簡單，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；可采用假設法進行分析判斷．【學后反思】_____________________________