電荷+教學(xué)設(shè)計 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

1電荷目標(biāo)素養(yǎng)1．物理觀念：基于摩擦起電、接觸起電和感應(yīng)起電的三種方式，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)三種起電方式的相同之處，總結(jié)歸納出電荷的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了電荷，而是帶電粒子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，進而理解電荷守恒定律；通過正負(fù)電子的湮滅，讓學(xué)生感受，隨著物理學(xué)的發(fā)展，電荷守恒定律的內(nèi)涵變大了，表述也發(fā)生了變化，從而讓學(xué)生更加深刻地理解電荷守恒定律，讓物理規(guī)律在學(xué)生頭腦中得到提煉和升華，提升學(xué)生的物理觀念。2．科學(xué)思維：通過設(shè)置一個任務(wù)串，幫助學(xué)生回憶摩擦起電的相關(guān)內(nèi)容，基于金屬微觀結(jié)構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生解釋摩擦起電的原因，從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生調(diào)用相關(guān)的物理知識對現(xiàn)象作出合理解釋的科學(xué)思維能力。3．科學(xué)探究：通過靜電感應(yīng)的演示實驗，讓學(xué)生觀察到不用接觸也能使物體帶電的過程；通過問題的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生分析出靜電感應(yīng)的帶電過程也是電子的轉(zhuǎn)移過程。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過布置查閱富蘭克林實驗的相關(guān)資料的任務(wù)，讓學(xué)生體會物理學(xué)家尊重事實、敢于質(zhì)疑、善于反思的科學(xué)態(tài)度。重點難點重點1．通過各種起電方式，理解電荷守恒定律。2．通過靜電感應(yīng)實驗，分析感應(yīng)起電的帶電過程。難點1．從微觀結(jié)構(gòu)的角度來認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)。2．靜電感應(yīng)現(xiàn)象的分析。教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備1．準(zhǔn)備實驗器材：橡膠棒、毛皮、玻璃棒、絲綢、驗電器等。2．制作本節(jié)課的多媒體課件。學(xué)生準(zhǔn)備1．預(yù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。2．回顧摩擦起電的相關(guān)知識和驗電器的使用方法。3．查閱富蘭克林實驗的相關(guān)資料。導(dǎo)入新課導(dǎo)入一（情境導(dǎo)入）本杰明·富蘭克林，18世紀(jì)美國的實業(yè)家、科學(xué)家、社會活動家、思想家、文學(xué)家和外交家。1752年6月的一天，烏云密布，電閃雷鳴，一場暴風(fēng)雨即將來臨。富蘭克林和他的兒子威廉一起帶著上面裝有一個金屬桿的風(fēng)箏來到一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風(fēng)箏，威廉則拉著風(fēng)箏線飛跑。由于風(fēng)大，風(fēng)箏很快就被放上高空。過了不久，雷電交加，大雨傾盆。富蘭克林和威廉一起拉著風(fēng)箏線，父子倆焦急地期待著。此時，剛好有一道閃電從風(fēng)箏上掠過，富蘭克林用手靠近風(fēng)箏上的鐵絲，全身立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑制不住內(nèi)心的激動，大聲呼喊：“威廉，我被電擊了！成功了！成功了！我捉住“天電＇了！”隨后，他又將風(fēng)箏線上的電引入萊頓瓶中?；氐郊液?，富蘭克林用雷電進行了各種電學(xué)實驗，證明了天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。富蘭克林關(guān)于天上和人間的電是同一種東西的想法，在他自己的這次實驗中得到了證實。導(dǎo)入二（問題導(dǎo)入）教師你能想辦法讓吹起的氣球帶上電嗎？教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：電荷如何讓吹起的氣球帶上電？怎樣才能判斷氣球帶上了電了？將吹起的氣球在頭發(fā)上反復(fù)摩擦幾次，氣球就可以帶電了。氣球可以吸引頭發(fā)、輕小的紙片等，通過這些現(xiàn)象可以判斷氣球已經(jīng)帶上了電。你能判斷氣球所帶電荷的電性嗎？通過什么方法可以進行判斷呢？學(xué)生用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電。如果用帶正電的玻璃棒靠近帶電氣球，觀察兩者之間是相互吸引還是相互排斥，就可以判斷氣球所帶電荷的電性了。同樣，用帶負(fù)電的橡膠棒也可以進行判斷。實驗操作：用帶負(fù)電的橡膠棒靠近用細(xì)繩懸掛的帶電氣球，氣球受到斥力的作用，說明氣球帶的是負(fù)電。介紹電荷在物理學(xué)中常見的表示形式及電荷的單位。電荷的多少叫作電荷量，用Q表示，有時也可以用q來表示。在國際單位制中，它的單位是庫侖，簡稱庫，符號是C。正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。1881年，第1屆國際電學(xué)大會確定庫侖（C）為電荷量的國際單位，定義為1A恒定電流在1s時間間隔內(nèi)所傳送的電荷量為1C。美國科學(xué)家富蘭克林通過實驗發(fā)現(xiàn)，雷電的性質(zhì)與摩擦產(chǎn)生的電的性質(zhì)完全相同，并命名了正電荷和負(fù)電荷。迄今為止，人們沒有發(fā)現(xiàn)對這兩種電荷都排斥或都吸引的電荷。自然界的電荷只有兩種。請同學(xué)們閱讀教材中關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，并分析為什么氣球會帶上負(fù)電。學(xué)生組成物質(zhì)的原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成的，原子核是由質(zhì)子和中子被緊密地束縛在一起構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)一般是非常穩(wěn)定的。通常離原子核較遠(yuǎn)的電子受到的束縛較弱，容易受到外界的作用而脫離原子。當(dāng)用頭發(fā)和氣球相互摩擦?xí)r，一些受束縛較弱的電子會發(fā)生轉(zhuǎn)移。根據(jù)氣球的帶電情況可以判斷，是頭發(fā)上的電子轉(zhuǎn)移到了氣球上，氣球得到了多余的電子而帶上了負(fù)電，而頭發(fā)由于失去電子帶上了正電。介紹自由電子：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，只有自由電子穿梭其中，這就使金屬成為導(dǎo)體。絕緣體中幾乎不存在能自由移動的電荷。環(huán)節(jié)二：靜電感應(yīng)在摩擦起電的實驗中，相互摩擦的兩物體具有什么特征呢？金屬中有很多自由移動的電子，為什么不用金屬棒來完成摩擦起電的實驗?zāi)?？學(xué)生在摩擦起電的實驗中，使用的兩個物體都是絕緣體，這樣產(chǎn)生的電荷較難移動，會保留在物體上。金屬棒是導(dǎo)體，在摩擦起電的實驗中，即使金屬棒帶了電，電荷也會通過人體被導(dǎo)走。教師出示驗電器、橡膠棒、絲綢等實驗器材，并提出問題：如何讓導(dǎo)體帶電，你們能用這些器材進行實驗展示，并說出金屬帶電的原因嗎？學(xué)生用摩擦過的橡膠棒接觸驗電器的金屬部分后，驗電器下面的金屬箔張開，說明驗電器帶了電。驗電器帶電的原因：當(dāng)橡膠棒與驗電器的金屬部分接觸時，由于電子之間的相互排斥，使電荷重新分布，兩片金屬箔因都帶負(fù)電荷而互相排斥，就張開了。教師｜剛才同學(xué)們展示的帶電過程屬于接觸起電方式，還有什么方式可以讓金屬導(dǎo)體帶上電呢？請同學(xué)們觀察如圖所示的演示實驗，并回答下面的問題。問題1：當(dāng)把帶正電的物體C靠近導(dǎo)體A、B，它們下面的金屬箔有什么變化？請分析產(chǎn)生這種變化的原因。問題2：當(dāng)把帶正電的物體C遠(yuǎn)離導(dǎo)體A、B，它們下面的金屬箔又有什么變化？請分析產(chǎn)生這種變化的原因。學(xué)生當(dāng)帶電物體C靠近導(dǎo)體A、B且不接觸時，導(dǎo)體A、B仍為電中性，但其表面的電荷會受到帶電體C的影響而重新分布，也就是由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使得靠近帶電體C的導(dǎo)體A帶負(fù)電，從而使導(dǎo)體A下面的金屬箔由于帶負(fù)電而張開，導(dǎo)體B下面的金屬箔由于帶正電而張開。當(dāng)帶電物體C遠(yuǎn)離導(dǎo)體A、B后，金屬箔由張開變?yōu)殚]合，導(dǎo)體A、B表面又恢復(fù)到了原來電中性的狀態(tài)。教師當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間的相互吸引或相互排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫作感應(yīng)起電。如果實驗中先把導(dǎo)體A、B分開，然后再移去帶電物體C，實驗現(xiàn)象又會是怎樣的？我們又該怎樣解釋呢？學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象并進行實驗論證。實驗現(xiàn)象：先把導(dǎo)體A、B分開，然后移去帶電物體C，導(dǎo)體A、B下的金屬箔仍然張開。實驗論證：如果先不移開帶電物體C，導(dǎo)體A、B分離時，導(dǎo)體A帶負(fù)電荷，而導(dǎo)體B帶等量的正電荷。然后再將帶電物體C移開，由于導(dǎo)體A、B已經(jīng)分開，它們都將不能恢復(fù)到電中性的狀態(tài)。教師你怎樣證明導(dǎo)體A、B帶等量異種電荷呢？學(xué)生可以將導(dǎo)體A、B接觸，由于它們帶等量異種電荷，接觸后電荷中和，它們下面的金屬箔都會閉合起來。教師｜通過實驗演示證明學(xué)生的論述是正確的。設(shè)計意圖學(xué)生對于摩擦起電和接觸起電的方式比較熟悉，也能夠利用微觀的原子模型解釋這兩種帶電方式的原因。從學(xué)生熟悉的物理情境入手，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并能很好地激發(fā)學(xué)生用新知識解釋熟悉的物理現(xiàn)象的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對于感應(yīng)起電的過程則比較陌生，通過演示實驗及引導(dǎo)性的問題，讓學(xué)生利用已有知識解釋相應(yīng)的物理現(xiàn)象，并為自己的論證提供合理的實驗依據(jù)，以此提升學(xué)生的科學(xué)論證能力。環(huán)節(jié)三：電荷守恒定律、元電荷教師｜上面我們一起探究了使物體帶電的三種方式，請同學(xué)們思考一下，這三種起電過程有什么共同的規(guī)律呢？學(xué)生摩擦起電：電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。接觸起電：電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。感應(yīng)起電：電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。帶電原因：電子轉(zhuǎn)移。共性：電荷總量不變，電荷守恒。教師電荷守恒定律：大量實驗事實表明，電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(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)移過程中，電荷的總量保持不變。這個結(jié)論叫作電荷守恒定律。近代物理實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，帶電粒子可以產(chǎn)生或湮沒。例如，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(fù)電子；一對正、負(fù)電子可以同時湮沒，轉(zhuǎn)化為光子。不過在這些情況下，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，電荷守恒定律更普遍的表述是：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。它是自然界重要的基本規(guī)律之一。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。人們把這個最小的電荷量叫作元電荷，用e表示。實驗還發(fā)現(xiàn)，所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍。這就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。元電荷e的數(shù)值，最早是由美國物理學(xué)家密立根測得的，他因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。在密立根實驗之后，人們又做了許多測量?，F(xiàn)在公認(rèn)的元電荷e的值為e=1.602176634×10-19C。核心總結(jié)本節(jié)課的課標(biāo)要求是：“通過實驗，了解靜電現(xiàn)象；能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象。”所以本節(jié)課的實驗是非常重要的。學(xué)生在初中已經(jīng)對電學(xué)有了初步接觸，所以本節(jié)課采用小任務(wù)的形式引入。通過判斷氣球是否帶了電、判斷氣球帶電的電性等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)取初中的物理知識來解決問題，提升學(xué)生的科學(xué)論證能力；通過金屬原子結(jié)構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生從微觀的角度分析摩擦起電的原因，并能分析解釋靜電感應(yīng)現(xiàn)象，進一步提升學(xué)生應(yīng)用物理模型解釋現(xiàn)象的科學(xué)推理能力；最后再引導(dǎo)學(xué)生基于不同的起電方式分析得出電荷守恒定律，理解電荷守恒定律，體會守恒觀念的重要性。板書設(shè)計第1節(jié)電荷1．電荷（1）電荷的多少叫作電荷量。（2）單位是庫侖，簡稱庫，符號是C．2．靜電感應(yīng)當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。3．電荷守恒定律、元電荷（1）電荷守恒定律：大量實驗事實表明，電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(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)移過程中，電荷的總量保持不變。（2）最小的電荷量叫作元電荷，計算中一般取e=1.60×1（3）電子的電荷量e與電子的質(zhì)量m。之比，叫作電子的比荷。e教學(xué)研討從本章開始，學(xué)生開始學(xué)習(xí)電磁學(xué)的相關(guān)知識。第九章“靜電場及其應(yīng)用”是電磁學(xué)內(nèi)容的第一章，而本節(jié)內(nèi)容的重要功