2022年人教版高中物理選修3-1 第一章 第1節(jié) 電荷及其守恒定律 教案1

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1、2022年人教版高中物理選修3-1 第一章 第1節(jié) 電荷及其守恒定律 教案1 三維目標 知識與技能 1．知道兩種電荷及其相互作用，知道電荷量的概念； 2．知道摩擦起電及原因； 3．知道靜電感應(yīng)現(xiàn)象及原因； 4．知道電荷守恒定律； 5．知道什么是元電荷。 過程與方法 1．通過對初中知識的復(fù)習(xí)，使學(xué)生進一步認識自然界中的兩種電荷； 2．通過對原子核式結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確摩擦起電和感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的電荷分開，但對一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和不變。 情感態(tài)度與價值觀 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度認識物體帶電的本質(zhì)。 教學(xué)重點

2、電荷守恒定律。 教學(xué)難點 利用電荷守恒定律分析、解決摩擦起電和感應(yīng)起電的相關(guān)問題。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 我們已經(jīng)知道，用絲綢摩擦過的玻璃棒，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒，都能吸引輕小物體，它們都帶上了電荷。 1、自然界中的兩種電荷 摩擦過的物體所帶的電荷有兩種：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是一種，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷是另一種。同種電荷相斥，異種電荷相吸。人們沒有發(fā)現(xiàn)對上述兩種電荷都排斥或都吸引的電荷。這表明，自然界的電荷只有兩種。美國科學(xué)家富蘭克林把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用正數(shù)表示；把把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負電荷，用負數(shù)表示。 2

3、、電荷間的相互作用 同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 本章將學(xué)習(xí)靜電學(xué)。將從物質(zhì)的微觀角度認識物體帶電的本質(zhì)，電荷之間相互作用的基本規(guī)律以及與靜止電荷相聯(lián)系的靜電場的基本性質(zhì)。 ［新課教學(xué)］ 一、電荷 1．原子的核式結(jié)構(gòu) 我們知道，物體是由原子組成的，原子是由原子核和核外電子組成的。原子核帶正電，電子帶負電。在通常的情況下，原子核所帶的正電荷和核外電子所帶的負電荷在數(shù)量上相等，原子呈電中性，由原子組成的物體也呈電中性，對外表現(xiàn)為不帶電的狀態(tài)。 （1）原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。 （2）任何不帶電的物體，其中都有等量的正負電荷。 不同物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)不同，原子中電

4、子的多少的運動狀況也不相同。不僅如此，當(dāng)大量原子或分子組成大塊物質(zhì)時，由于原子或分子間的相互作用，原子中電子的運動狀況也會有所變化。例如，金屬中離原子核最遠的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由移動，這種電子叫做自由電子。失去這種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上振動而不移動，只有自由電子穿梭其中，這就使金屬成為導(dǎo)體。 2．摩擦起電 （1）起電及其實質(zhì) 使物體帶電叫做起電。起電的過程實際上是使物體中的正負電荷分開的過程。 （2）摩擦起電 ①實驗 【演示】取兩片吹塑紙，將一片放在可以靈活轉(zhuǎn)動的支座上，用另一片靠近它，讓學(xué)生觀察有什

5、么現(xiàn)象，然后用手摩擦這兩片吹塑紙，再靠近，讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 （不用手摩擦?xí)r它們沒有作用，用手摩擦后它們互相排斥） 【演示】將一張薄紙，卷成筒狀，將下端撕開成流蘇狀，用摩擦好的塑料制品去接觸，發(fā)現(xiàn)流蘇開始振動，象一只會跳舞的章魚； ②原因 原子核內(nèi)部的質(zhì)子和中子被核力緊密地束縛在一起。核力來源于強相互作用，所以原子核的結(jié)構(gòu)一般是穩(wěn)定的。核外的電子靠質(zhì)子的吸引維系在原子核附近。通常離原子核較遠有電子受到的束縛較小，容易受到外界的作用而脫離原子。當(dāng)兩個物體相互摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，于是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，這

6、就是摩擦起電的原因。 摩擦起電的原因是不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同。 ③實質(zhì) 摩擦起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開，是使自由電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 摩擦起電的實質(zhì)是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 ④結(jié)果 兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷。 3．靜電感應(yīng) （1）實驗現(xiàn)象 ①實驗 取一對用絕緣柱支持的導(dǎo)體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電。貼在下部的金屬箔是閉合的，如圖。 把帶正電的物體C移近導(dǎo)體A，金屬箔有什么變化？ 這時把A和B分開，然后移去C，金屬箔又有什么變化？ 再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？ 利用上面介紹的金屬結(jié)構(gòu)的

7、模型，解釋看到的現(xiàn)象。 C － A ＋ B ＋ B ＋ － A 把帶正電荷的球C移近彼此接觸的異體A、B ，可以看到A、B上的金屬箔都張開了，表示A、B都帶上了電荷。如果先把C移走，A和B上的金屬箔就會閉合。如果先把A和B分開，然后移開C，可以看到A和B仍帶有電荷；如果再讓A和B接觸，他們就不再帶電。這說明A和B分開后所帶的是異種等量的電荷，重新接觸后等量異種電荷發(fā)生中和。 ②原因 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離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷。 靜電感應(yīng)起電的原因是電荷間的相互排斥、吸引

8、，使導(dǎo)體內(nèi)的電荷重新分布。 ③實質(zhì) 感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 靜電感應(yīng)的實質(zhì)不是創(chuàng)造了電荷，而是使自由電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 ④結(jié)果 原來不帶電的導(dǎo)體兩端帶上了等量異種電荷。 （2）靜電感應(yīng) 將電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。 （3）感應(yīng)起電 利用靜電感應(yīng)使物體帶電的過程，叫做感應(yīng)起電。 總結(jié)：不僅摩擦起電可以使物體帶電，靜電感應(yīng)也可使物體帶電。 【做一做】 驗電器 為了判斷物體是否帶電以及帶電荷的種類，從18世紀起，人們經(jīng)常使用一種叫做驗電器的簡單裝置：玻璃瓶內(nèi)

9、有兩個金屬箔，用金屬絲掛在一條導(dǎo)體棒的下端，棒的上端通過瓶塞從瓶口伸出。如果把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼，這樣的驗電器也叫靜電計。 制作一個驗電器，并描述如何用驗電器檢測帶電體帶電的種類和相對數(shù)量。 注意觀察：是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端直接接觸時，金屬箔才開始張開？解釋看到的現(xiàn)象。 二、電荷守恒定律 1．電荷守恒定律 無論是摩擦起電還是感應(yīng)起電，本質(zhì)上都是使微觀帶電粒子（如電子）在物體之間或物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造出了電荷。 大量事實表明：電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，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)移過程中，電荷的總量保持不變，這個結(jié)論

10、叫做電荷守恒定律。 2．一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 近代物理實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，帶電粒子可以產(chǎn)生的湮滅。例如，由一個高能光子可以產(chǎn)生一個正電子和一個負電子；一對正、負電子可同時湮沒，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，兩個粒子帶電數(shù)量相等但正負相反，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)和總是保持不變。 電荷守恒定律是物理學(xué)中重要的基本定律之一。 三、元電荷 1．電荷量 （1）電荷量 電荷的多少叫做電荷量。 （2）符號 Q或q （3）單位 庫侖

11、，用C表示。 正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值。 2．元電荷 （1）元電荷 迄今為止，科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子億帶的電荷量。質(zhì)子、正電子所帶的電荷量與它相同，但符號相反。人們把電子所帶的電荷量的值叫做元電荷，用e表示。 （2）電荷量是不連續(xù)的 實驗指出，所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于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。 （3）元電荷量e的值：e＝1.60×10－19C 電荷量的e數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根測得的。這是他獲得諾貝爾物理學(xué)獎的重要原因。在密立根實驗之后，人們又做了許多測量，現(xiàn)在公認的元電荷的值為 e＝1.602 177.

12、33×10－19C 在我們的計算中，可取 e＝1.60×10－19C 元電荷常用作微觀粒子帶電多少的單位。 （3）比荷 電荷量q和質(zhì)量m的比值，叫做帶電粒子的比荷。它也是一個常用的物理常量。 電子的電荷量e和電子的質(zhì)量me的比值，叫做電子的比荷。電子的質(zhì)量me＝0.91×10－30kg，所以電子的比荷為 C/㎏ ［小結(jié)］ 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題： ①使物體帶電的方法及實質(zhì)：摩擦起電和靜電感應(yīng)都不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體上正、負電荷分開； ②電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，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，轉(zhuǎn)移中電荷總量不變。 ③元電荷：人們把電子所帶的電荷量的值叫做元電荷，帶電物體所帶的電荷量是不連續(xù)的。 ［布置作業(yè)］ 教材第4頁“問題與練習(xí)”。