9.1 電荷 教案 高中物理新人科版必修第三冊(cè)（2022年）

9.1電荷本節(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(shí)的基礎(chǔ)，關(guān)于電荷的一些知識(shí)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(rèn)識(shí)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(diǎn)。教學(xué)中要通過對(duì)三種不同起電的方式進(jìn)行分析，使學(xué)生進(jìn)一步深化對(duì)電荷的認(rèn)識(shí)?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：能建立電荷的物理觀念，運(yùn)用物理語言科學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)態(tài)度與責(zé)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(rèn)識(shí)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。重點(diǎn)：1.物體帶電的方式和實(shí)質(zhì)。2.電荷守恒定律。難點(diǎn)：1.摩擦起電和感應(yīng)起電電荷的移動(dòng)方向和電量的計(jì)算。2.利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問題。多媒體課件、絲綢、玻璃棒、毛皮、橡膠棒、驗(yàn)電器、碎紙屑等。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?（一）電荷1.介紹發(fā)現(xiàn)電荷的主要?dú)v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(dòng)圖）公元1世紀(jì)，我國(guó)學(xué)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(jì)，英國(guó)科學(xué)家吉爾伯特在研究這類現(xiàn)象時(shí)首先根據(jù)希臘問的琥珀創(chuàng)造了英語中的“electricity”(電)這個(gè)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(rèn)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(guó)科學(xué)家富蘭克林通過風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，把雷電引到實(shí)驗(yàn)室里，研究發(fā)現(xiàn)，雷電的性質(zhì)和摩擦起電產(chǎn)生的點(diǎn)的性質(zhì)完全相同。并正式命名了正電荷和負(fù)電荷。問題1：電荷是微小的，怎么命名的呢？2.自然界當(dāng)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(gè)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(gè)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(guó)科學(xué)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(fù)電荷。例1：有A、B、C三個(gè)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(fù)電B、B球帶負(fù)電，C球帶正電C、B、C球中必有一個(gè)帶負(fù)電，而另一個(gè)不帶電D、B、C球都不帶電解題提示：如果兩個(gè)物體互相排斥，那一定是兩個(gè)物體帶有同種電荷，但如果兩個(gè)物體吸引，除了帶異種電荷之外，還有可能是兩個(gè)物體一個(gè)帶電，一個(gè)不帶電。因?yàn)閹щ婓w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(gè)物理量來描述它。①符號(hào)是Q或q。②單位：庫倫，簡(jiǎn)稱庫，符號(hào)C。③正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。正負(fù)不代表大小。如+3C，-5C，還是負(fù)電荷所帶的電荷量多。正負(fù)只是為了方便區(qū)分，如-5C的電量，很容易就知道它帶負(fù)電。注意代入計(jì)算時(shí)只要絕對(duì)值即可。那么1庫倫的電荷量有多少呢？（播放梳頭動(dòng)圖）梳頭時(shí)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(huì)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(gè)原子中的正電荷的數(shù)量與電子的負(fù)電荷的數(shù)量一樣多，所以整個(gè)原子對(duì)外呈現(xiàn)電中性，即整個(gè)物體對(duì)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(dòng)圖）定義：當(dāng)兩個(gè)物體摩擦?xí)r一些束縛不緊的電子，會(huì)從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上。失去電子的物體帶正電。得到電子的物體帶負(fù)電。這兩個(gè)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(gè)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(shí)，玻璃棒帶正電，那絲綢自然就是負(fù)電。問題4：電子是怎么轉(zhuǎn)移的呢？那是因?yàn)樯嫌行╇娮优艿浇z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(fù)電。同理還有毛皮摩擦過的橡膠棒時(shí)，橡膠棒帶負(fù)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(fù)電的電子才會(huì)跑來跑去，帶正電的原子核不能自由移動(dòng)。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)正離子都在自己的平衡位置附近振動(dòng)而不移動(dòng)，只有自由電子穿校其中，這就使金屬成為導(dǎo)體。絕緣體中幾乎不存在能自由移動(dòng)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(shí)驗(yàn)：觀察靜電感應(yīng)現(xiàn)象。①（播放動(dòng)圖）把帶正電的帶電體C移近導(dǎo)體A，觀察到AB的金屬箔都張開了②（播放動(dòng)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(dòng)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(shí)，等量的正、負(fù)電荷發(fā)生了中和，所以才閉合。問題6：為什么AB會(huì)帶電呢？（播放動(dòng)圖）利用金屬的微觀結(jié)構(gòu)再看一次這個(gè)過程，當(dāng)帶電的導(dǎo)體C靠近時(shí)，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。導(dǎo)體上本來均勻分布的自由電子，會(huì)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(fù)電（異種電荷），導(dǎo)體B則失去了部分電子因此帶正電這就使得導(dǎo)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(dǎo)體，可以使導(dǎo)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(yuǎn)端感應(yīng)等量同種電荷。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)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(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分。做一做：驗(yàn)電器觀察：當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體棒上端時(shí)，金屬箔片是否張開？?jī)烧呓佑|時(shí)呢？（播放動(dòng)圖）當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體棒上端時(shí)，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(dāng)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(shí)我們的充電過程。問題7：那么接觸起電的實(shí)質(zhì)是什么呢？從微觀上看剛才的驗(yàn)電器金屬箔張開的過程（播放動(dòng)圖）。觀察看到電子金屬棒，跑到了驗(yàn)電器上。所以接觸起電的實(shí)質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。特別的兩個(gè)完全相同的帶電導(dǎo)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(yùn)工。注意的是在電荷轉(zhuǎn)移的過程中始終是帶負(fù)電的電子發(fā)生移動(dòng)，而帶正電的原子核并不能自由移動(dòng)。（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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(gè)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(shí)候會(huì)疑惑，一個(gè)正電荷和一個(gè)負(fù)電荷，會(huì)相互中和，就不帶電了。這不是讓電荷變少了嗎？其實(shí)并不是。中和時(shí)正負(fù)電荷仍然存在的，并沒有被消滅，只是對(duì)外不顯電性。另一方面近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)高能光子在一定條件下可以產(chǎn)生一個(gè)正電子'和一個(gè)負(fù)電子。而一對(duì)正、負(fù)電子又可以同時(shí)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(duì)產(chǎn)生或湮沒的，兩個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)最小的電荷量用符號(hào)e來表示，實(shí)驗(yàn)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(gè)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(guó)物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)最早測(cè)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(gè)重要的物理量。比如電子的質(zhì)量me=9.11×10-31kg，所以電子的比荷為例2：一個(gè)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(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體分開后，A帶上了-1.0×10-8C的電荷。實(shí)驗(yàn)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(fù)電的電子才會(huì)跑來跑去，帶正電的原子核不能自由移動(dòng)。得電子帶負(fù)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(yuǎn)端感應(yīng)等量同種電荷。所以A端是負(fù)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(gè)電子的電量是e，則有ne=Q。解得n=6.2×10119.1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(fù)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(hào)：Q或q，單位：庫侖C。摩擦起電：失電子帶正電，