靜電現(xiàn)象講義 教案

靜電現(xiàn)象講義【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過生活中靜電現(xiàn)象的觀察、閱讀學(xué)習(xí)資料、科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)、思考與討論等學(xué)習(xí)過程形成電荷量與元電荷的物理觀念，在科學(xué)探究的過程中獲得起電方式，用科學(xué)思維解釋起電方式的微觀原因，并獲得電荷守恒定律。在探究中獲得物理觀念的過程中，認(rèn)識(shí)到物理研究是建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的創(chuàng)造性工作，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?！窘虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】學(xué)生已經(jīng)在初中的物理學(xué)習(xí)中，初步形成了電荷的概念，知道生活中很多的靜電現(xiàn)象，但還未建立電荷量大小和元電荷的觀念，未知電荷量不能連續(xù)變化，也不知道起電方式及其微觀原因、未對(duì)靜電現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的探究和科學(xué)的解釋，未形成電荷守恒定律。因而教學(xué)重點(diǎn)是電荷量、元電荷概念的形成；教學(xué)難點(diǎn)是摩擦起電、接觸起電和感應(yīng)起電方式及從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì)與原因；運(yùn)用電荷守恒定律解釋生活中的靜電現(xiàn)象?！窘虒W(xué)過程】教學(xué)環(huán)節(jié)一：“神奇的靜電現(xiàn)象”引入教學(xué)以視頻展示神奇的靜電現(xiàn)象。視頻部分截圖如下：教學(xué)環(huán)節(jié)二：電荷種類、電荷量、元電荷的概念教學(xué)閱讀與講解的方式學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)電荷的物理學(xué)史，并獲得電荷種類、電荷量及其單位、元電荷等概念。電荷的發(fā)現(xiàn)公元前600年左右，古希臘學(xué)者泰勒斯發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀能吸引輕羽毛。公元1世紀(jì)，我國(guó)學(xué)者王充在《論衡》中寫下“頓牟掇芥”一詞。16世紀(jì)英國(guó)科學(xué)家吉爾伯特創(chuàng)造了英語中的“electricity”（電）這個(gè)詞。美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(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。電荷種類被絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷命名為正電荷。被毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷命名為負(fù)電荷。同種電荷相互排斥；異種電荷相互吸引。迄今為止，人們沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)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。電荷量物體所帶電荷的多少叫作電荷量，用Q或q來表示。單位：庫侖，簡(jiǎn)稱庫，符號(hào)是C。正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。比較電荷帶電的多少，要比較其電荷量的絕對(duì)值，絕對(duì)值大的帶電多。如，Q1=-3C，Q2=2C，Q1比Q2帶電多。元電荷迄今為止，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。把這個(gè)最小的電荷量（電子所帶的電荷量）叫做元電荷。符號(hào)記為e，它的大小最早由美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)定。e為1.60×10-19C。所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。教學(xué)環(huán)節(jié)三：通過三個(gè)探究獲得三種起電方式及其微觀原因問題引入：環(huán)節(jié)二的概念學(xué)習(xí)后，自然引入三個(gè)新的學(xué)習(xí)問題：為什么不同物體帶的正負(fù)電荷不同？為什么帶的電荷量也不同呢？為什么所帶電荷量只能e的整數(shù)倍呢？帶著學(xué)習(xí)問題開始我們的探究?？茖W(xué)探究（1）科學(xué)探究1：摩擦起電實(shí)驗(yàn)器材：玻璃棒、玻璃棒、毛皮、紙巾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：講紙巾撕成碎紙片，與毛皮摩擦過的玻璃棒不能吸引碎紙片，但與毛皮摩擦過的橡膠棒能吸引碎紙片。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與毛皮摩擦使橡膠棒帶上電荷。摩擦起電定義：利用摩擦的方法使物體帶電的過程。摩擦起電的原因：原子核中質(zhì)子的正電荷數(shù)量與核外電子的負(fù)電荷數(shù)量一樣多，所以整個(gè)原子對(duì)外界表現(xiàn)為電中性。離原子核較遠(yuǎn)的核外電子容易受到外界的作用而脫離原子。兩個(gè)不同種類的物體相互摩擦，兩個(gè)物體中的電子均獲得能量，其中原子核對(duì)電子束縛能力弱的物體就失去電子，帶正電；束縛能力較強(qiáng)的物體得到電子，帶負(fù)電。動(dòng)畫展示摩擦電荷轉(zhuǎn)移的過程。動(dòng)畫截圖如下：摩擦起電實(shí)質(zhì)：電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。根據(jù)探究一所學(xué)知識(shí)回答以下問題：?jiǎn)枺簽槭裁床煌矬w帶的正負(fù)電荷不同？答不同物體對(duì)電子束縛能力不同。原子核對(duì)電子束縛能力弱的物體就失去電子，帶正電；束縛能力較強(qiáng)的物體得到電子，帶負(fù)電。問：為什么與毛皮摩擦過的玻璃棒和橡膠棒帶的電荷量不同呢？答：毛皮與玻璃棒對(duì)電子束縛能力差別小，起電電荷量小。毛皮與橡膠棒對(duì)電子束縛能力差別大，電荷量大。問：為什么所帶電荷量只能e的整數(shù)倍呢？答：物體在得失電子的過程帶上電荷，所帶電荷量只能是電子電量e的整數(shù)倍。（2）科學(xué)探究2：接觸起電實(shí)驗(yàn)器材：毛皮、橡膠棒、驗(yàn)電器實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：與毛皮摩擦過的橡膠棒接觸驗(yàn)電器后，驗(yàn)電器金屬箔片張開實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與毛皮摩擦過的橡膠棒接觸驗(yàn)電器后，驗(yàn)電器的金屬箔片帶上同種電荷接觸起電定義：與帶電物體相接觸使導(dǎo)體帶電的過程。接觸起電原因：兩個(gè)帶電物體相互接觸，帶電物體對(duì)電子的吸引能力不同，吸引能力弱的物體就失去電子；吸引能力強(qiáng)的物體得到電子。接觸起電的實(shí)質(zhì)：是電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。圖A圖B進(jìn)一步解釋：比如左圖A物體對(duì)電子吸引能力弱，負(fù)電荷從A物體轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，驗(yàn)電器帶上負(fù)電金屬片張開比如圖B物體對(duì)電子吸引能力強(qiáng)，負(fù)電荷從驗(yàn)電器轉(zhuǎn)移到B物體上，驗(yàn)電器失去電子帶上正電。思考：金屬更容易接觸起電，這是為什么呢？配合動(dòng)畫展示，動(dòng)畫展示截圖，給出微觀解釋：金屬中原子的外層電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由運(yùn)動(dòng)，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?cè)诮饘賰?nèi)部排列起來。每個(gè)正離子都在自己平衡位置附近振動(dòng)而不移動(dòng)。金屬導(dǎo)電原因就是因?yàn)榻饘僦杏凶杂呻娮?。?）科學(xué)探究3：感應(yīng)起電實(shí)驗(yàn)器材：靜電起電器、球形導(dǎo)體C、一對(duì)枕形導(dǎo)體AB實(shí)驗(yàn)過程：分為三個(gè)環(huán)節(jié)取一對(duì)用絕緣柱支撐的導(dǎo)體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的金屬箔片是閉合的。環(huán)節(jié)一：通過起電機(jī)是球形導(dǎo)體C帶正電，把帶正電荷的物體C移近枕形導(dǎo)體A，金屬箔片有什么變化？現(xiàn)象：C移近導(dǎo)體A，兩側(cè)金屬箔片都張開；分析：見下圖環(huán)節(jié)二：這時(shí)把A和B分開，然后移去C，金屬箔片又有什么變化？現(xiàn)象：金屬箔片仍張開；分析：見下圖環(huán)節(jié)三：再讓A和B接觸，又會(huì)看到什么現(xiàn)象？現(xiàn)象：A、B接觸，金屬箔片都閉合。分析：見下圖探究二實(shí)驗(yàn)小結(jié)：見下圖感應(yīng)起電定義：利用摩擦的方法使物體帶電的過程。感應(yīng)起電原因：由于帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，電荷間的相互吸引或排斥使得導(dǎo)體兩端帶異號(hào)電荷。比如實(shí)驗(yàn)中，帶正電的物體C靠近枕形導(dǎo)體時(shí)，枕形導(dǎo)體的自由電荷受到吸引從枕形導(dǎo)體的B端移動(dòng)到A端，靠近物體C的A端帶上負(fù)電荷，遠(yuǎn)離物體C的B端因?yàn)樯倭素?fù)電荷而帶上正電荷。觀察與思考通過觀察與思考環(huán)節(jié)，分析與理解三種起電方式及其微觀原因，并在分析過程中得到三種起電方式的規(guī)律。再觀察實(shí)驗(yàn)二，思考以下問題：思考1：實(shí)驗(yàn)中有哪種起電方式，并回答該起電方式的微觀原因是什么？思考2：帶電物體接觸驗(yàn)電器又離開驗(yàn)電器后，驗(yàn)電器金屬箔的張角如何變化，是什么原因產(chǎn)生這個(gè)變化?；卮穑簩?shí)驗(yàn)中除了接觸起電，還有摩擦起電和感應(yīng)起電?；卮鹋c展示：摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電A接觸起電B三種起電方式的回顧與對(duì)比回顧三種起電方式及其微觀原因通過視頻播放的方式回顧三種起電方式及其微觀原因（2）三種起電方式的對(duì)比

摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生條件不同物體摩擦?xí)r帶電體靠近不帶電導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體與帶電體接觸時(shí)現(xiàn)象兩個(gè)物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且近端帶上異種電荷遠(yuǎn)端帶同種電荷導(dǎo)體帶上與帶電體相同電性的電荷實(shí)質(zhì)均為電子在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移教學(xué)環(huán)節(jié)四：獲得電荷守恒定律電荷守恒定定律的內(nèi)容：大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，電荷既不能創(chuàng)生,也不能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變。這就是電荷守恒定律