2022-2023学年人教版必修三 9.1 电荷 教案

9.1电荷〖教材分析〗本节由电荷、感应起电、电荷守恒定律、元电荷四部分内容组成。他们是本章知识的基础，关于电荷的一些知识初中已经有相应的介绍，高中则更加侧重从物质的微观结构来认识物体带电的本质，结合摩擦起电和感应起电的具体情景，理解电荷守恒定律是本节的重点。教学中要通过对三种不同起电的方式进行分析，使学生进一步深化对电荷的认识。〖教学目标与核心素养〗物理观念：能建立电荷的物理观念，运用物理语言科学的描述电荷的特性，并能从微观角度解释物体带电现象。科学思维：知道电荷守恒定律与能量守恒定律一样具有普遍性，物体带电只是电荷的重新分布，并不是创造了电荷。科学探究：掌握研究摩擦起电和感应起电的方法，能在具体问题中判断电荷的转移方向和数量。科学态度与责任：理解物理概念的建立的过程和规律；感悟自然界的统一、和谐美；认识到电量与能量物理现象的相似性，具有在微观领域的想象力。〖教学重点与难点〗重点：1.物体带电的方式和实质。2.电荷守恒定律。难点：1.摩擦起电和感应起电电荷的移动方向和电量的计算。2.利用电荷守恒定律分析解决相关问题。〖教学准备〗多媒体课件、丝绸、玻璃棒、毛皮、橡胶棒、验电器、碎纸屑等。〖教学过程〗一、新课引入摩擦可以使物体带电。摩擦过的琥珀能够吸引羽毛。为什么有的物体容易带电，而有的物体很难带电呢?二、新课教学（一）电荷1.介绍发现电荷的主要历程在公元前600年左右，古希腊人泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。（播放动图）公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中也写下“顿牟掇芥”一语。此语意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。（展示图片）到了16世纪，英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊问的琥珀创造了英语中的“electricity”(电)这个词，用来表示琥珀经过摩擦以后具有能够吸引轻小物体的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷。归纳：电荷是具有能够吸引轻小物体性质。美国科学家富兰克林通过风筝实验，把雷电引到实验室里，研究发现，雷电的性质和摩擦起电产生的点的性质完全相同。并正式命名了正电荷和负电荷。问题1:电荷是微小的，怎么命名的呢？2.自然界当中两种电荷探究：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是A，而用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷是B。把两个丝绸摩擦过的玻璃棒相互靠近，发现它们相互排斥。同样把两个毛皮摩擦过的橡胶棒相互靠近，发现它们也相互排斥。这说明同种电荷相互排斥。而把丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒是相互吸引的，这说明异种电荷相互吸引。除此之外与两种电荷都排斥或者都吸引的电荷，并不存在。这表明自然界中的电荷只有这两种，后来美国科学家富兰克林将①丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷命名为正电荷。②毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷命名为负电荷。课堂练习例1：有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A带正电，则：A、B、C球均带负电B、B球带负电，C球带正电C、B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电D、B、C球都不带电解题提示：如果两个物体互相排斥，那一定是两个物体带有同种电荷，但如果两个物体吸引，除了带异种电荷之外，还有可能是两个物体一个带电，一个不带电。因为带电体能够吸引轻小物体。选C问题2：那怎么描述电荷的多少呢？（阅读第2页最后一段）3.电荷量咱们用电荷量这个物理量来描述它。①符号是Q或q。②单位：库伦，简称库，符号C。③正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。正负不代表大小。如+3C，-5C，还是负电荷所带的电荷量多。正负只是为了方便区分，如-5C的电量，很容易就知道它带负电。注意代入计算时只要绝对值即可。那么1库伦的电荷量有多少呢？（播放梳头动图）梳头时产生的电荷所带的电量，也只有百万分之一。巨大云层积累的电量也就几百库伦而已。问题3：摩擦为什么会起电吗？这是由于构成物质的原子本身就包括了带电粒子。4.原子的构成质子（+）原子核（+）原子中子（不带电）电子（-）每个原子中的正电荷的数量与电子的负电荷的数量一样多，所以整个原子对外呈现电中性，即整个物体对外不显电性。原子内部的质子和中子被紧紧地束博在一起构成原子核，原子核的结构一般是很稳定的。5.摩擦起电（播放动图）定义：当两个物体摩擦时一些束缚不紧的电子，会从一个物体转移到另一个物体上。失去电子的物体带正电。得到电子的物体带负电。这两个物体带的是等量异种电荷，摩擦起电的本质是电荷在两个物体间发生了转移。例如前面说的用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒带正电，那丝绸自然就是负电。问题4：电子是怎么转移的呢？那是因为上有些电子跑到丝绸上了，玻璃棒因缺少电子而带正电，丝绸因有了多余的电子而带负电。同理还有毛皮摩擦过的橡胶棒时，橡胶棒带负电荷，毛皮带正电。电子从毛皮转向的橡胶棒。6.金属微观结构只有带负电的电子才会跑来跑去，带正电的原子核不能自由移动。金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电子。失去自由电子的原子便成为带正电的离子，它们在金属内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动，只有自由电子穿校其中，这就使金属成为导体。绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷。问题5：摩擦可以使物体带电，还有其他方法可以使物体带电吗？
静电感应实验：观察静电感应现象。①（播放动图）把带正电的带电体C移近导体A，观察到AB的金属箔都张开了②（播放动图）把AB分开，移开C，观察到同种电荷相互排斥所以仍然张开。③（播放动图）再让AB接触，观察到金属箔闭合。说明A、B所带荷是等量异种电荷，互相接触时，等量的正、负电荷发生了中和，所以才闭合。问题6：为什么AB会带电呢？（播放动图）利用金属的微观结构再看一次这个过程，当带电的导体C靠近时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。导体上本来均匀分布的自由电子，会被吸引过来靠近C，也就是聚集在靠近C的这端，从而使靠近C的这端带负电（异种电荷），导体B则失去了部分电子因此带正电这就使得导体AB带上了等量异种电荷，这种现象就叫做静电感应。即将电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。规律：近端感应异种电荷，远端感应等量同种电荷。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。感应起电也没有创造电荷，仍然是使电荷从导体的一部分转移到了另一部分。做一做：验电器观察：当带电体靠近导体棒上端时，金属箔片是否张开？两者接触时呢？（播放动图）当带电体靠近导体棒上端时，观察到金属箔片是张开的。为什么呢？金属箔张开那必然是带电了，和前面的讨论一样，属于感应起电。当两者接触后，金属箔也张开，这种起电方式，我们称为接触起电（展示图片）我们常见的接触起电有，漏电，和平时我们的充电过程。问题7：那么接触起电的实质是什么呢？从微观上看刚才的验电器金属箔张开的过程（播放动图）。观察看到电子金属棒，跑到了验电器上。所以接触起电的实质是电子的转移。特别的两个完全相同的带电导体,接触后再分开,二者将原来所带电量的总和平均分配。归纳总结：摩擦起电，感应起电，接触起电，无论是那种起电方式都没有创造电荷，而是让电荷发生了转移。我们不创造电荷，我们只是电荷的搬运工。注意的是在电荷转移的过程中始终是带负电的电子发生移动，而带正电的原子核并不能自由移动。（三）电荷守恒定律电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。这个结论叫做电荷守恒定律。电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。有时候会疑惑，一个正电荷和一个负电荷，会相互中和，就不带电了。这不是让电荷变少了吗？其实并不是。中和时正负电荷仍然存在的，并没有被消灭，只是对外不显电性。另一方面近代物理实验发现，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子'和一个负电子。而一对正、负电子又可以同时湮没，转化为光子。也就是说在一定条件下，电荷是可以产生和湮灭的，不过在这种情况下带电粒子总是成对产生或湮没的，两个粒子带电数量相等但电性相反，而光子又不带电。所以电荷的代数和仍然不变。因此电荷守恒定律现在表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变的。（四）元电荷迄今为止，实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同，电性相反。元电荷：最小的电荷量。这个最小的电荷量用符号e来表示，实验表明所有带电体的电荷量要么等于e，要么是e的整数倍，电荷量是不能连续变化的物理量。元电荷指的的电子或质子所带的电荷量，不是电子或者质子这个物体。问题8：元电荷的意义那么重要，那么它的数值是多少呢？美国物理学家密立根通过油滴实验最早测得e的值e=1.60×10-19C除了电荷量你还得知道比荷。它是指电子的电荷量e与电子的质量m的比它也是一个重要的物理量。比如电子的质量me=9.11×10-31kg，所以电子的比荷为课堂练习例2：一个带电小球所带电量为q，则q可能是（）A、3×1019CB、4.8×10-19CC、0.8×10-19CD、9×10-19C解题提示：所有带电体的电荷量都是e的整数倍，电荷量是不能连续变化的物理量。选B。例3.在图9.1-3所示的实验中，导体分开后，A带上了-1.0×10-8C的电荷。实验过程中，是电子由A转移到B还是由B转移到A?A、B得到或失去的电子数各是多少?解题提示：只有带负电的电子才会跑来跑去，带正电的原子核不能自由移动。得电子带负电，失去电子带正电。根据图示感应起电的规律近端感应异种电荷，远端感应等量同种电荷。所以A端是负电，是得到电子。B端是正电，失去电子，即电子从B到A。总的电量是Q=-1.0×10-8C，而每个电子的电量是e，则有ne=Q。解得n=6.2×1011〖板书设计〗9.1电荷电荷：具有能够吸引轻小物体性质。正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷2.负电荷：-毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷性质：同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。3.电荷量：电荷的多少叫电荷量，符号：Q或q，单位:库仑C。摩擦起电：失电子带正电，得电子