初中物理第9单元 《静电场及其应用》学程文本-使用指南

高一物理大单元整体学习学程第九单元《静电场及其应用》——探究静电规律及其应用审核：___________审批：___________审核：___________审批：___________班级：___________小组：___________姓名：__________________________________________________第九单元《静电场及其应用》——探究静电规律及其应用单元概述【单元内容】人类研究电现象和磁现象的历史与力学研究同样丰富多彩，但电和磁的世界比机械运动的世界更加错综复杂。从本单元开始，我们将进入更有趣的电和磁的世界。本单元从力的角度描述电场，依次学习电荷及电荷之间静电力所遵循的规律——库仑定律，再到电场强度、电场线及电场叠加等，最后是静电在生活中的利用与防护。【使用指南】本单元的学习比较抽象，对电荷和电场是看不见摸不着，所以要加强演示实验，让学生感觉到电场的存在。【课标要求】1.通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。例1通过多种方式使物体带电，观察静电现象。例2演示并分析静电感应现象。2.知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。例3与质点模型类比，体会在什么情境下可将带电体抽象为点电荷。例4体会库仑扭秤实验设计的巧妙之处。3.知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。例5用电场线描绘两个等量异种电荷周围的电场。4.了解生产生活中对静电的利用与防护。例6分析讨论静电在激光打印、静电喷雾和静电除尘等技术中的应用。知道在有可燃气体的环境中如何防止静电事故。【单元学习目标】1.阅读文本，结合271BAY资源，说出静电研究历史，总结描述电场的方法；初步构建“静电场及其应用”知识逻辑结构；能举出至少3个静电在生产生活中利用和防止的实例，说出学习电场的价值意义。2.通过实验，探究静电感应现象，总结物体带电的本质；能计算点电荷间作用力，画出常见电场的电场线；说明电场强度概念引入的必要性和科学性。3.分析静电力作用下物体的平衡，比较多个点电荷及简单带电体在空间某处产生的电场强度，总结所用物理思想；运用静电规律解释生产生活中是如何防止和利用静电的。4.重构“静电场及其应用”单元内容，说明内容间的逻辑；从技术、安全、环保等方面提出合理化建议利用或防止静电，为人类服务，改变世界。【使用指南】本单元课程大概念是类比、控制变量等科学研究方法，理想模型、场的物质性等，学科大概念是场是一种物质，运动和相互作用观，力与运动的关系。四条学习目标针对四个学段进行制定，从对电荷、电场的感知入手，对库仑定律、电场强度进行探究设计，最终同学们结合学习能够进行静电设计与利用【评价预设】水平划分水平标准描述自评我的疑惑水平一能从物理学的视角观察静电现象，初步建立电荷、电场的核心概念，简单构建知识逻辑结构。水平二能根据库仑定律、电场强度及叠加原理，解释静电现象。水平三能对常见的静电现象进行分析推理，过程中提出质疑，养成科学思维的严谨性和科学探究意识。【单元情境】自然界到处都有静电。生产中的搅拌、挤压、切割等活动，生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。静电是如何产生的？有什么样的特点和作用规律?在加油站给车加油前，为什么要触摸一下静电释放器？这些问题是不是让你兴趣倍增？让我们一起发现！【单元学习任务】探究电荷作用规律和静电场力的性质，并应用于生产、生活中的静电防止和利用。【学习导航】单元名称学习内容学习任务学时静电场及其应用1.整体感知整体感知静电现象22.探究建构探究静电特点和规律43.应用迁移用静电规律解决综合问题24.重构拓展单元重构，拓展、过关3【学法指导】1.类比以往学过的内容，建立点电荷物理模型，体会物理模型在研究具体问题中的重要作用；通过了解场的物质性，培养自己的物质观念。通过电场强度概念的学习，进一步体会比值定义法。2.重视物理学史和实验，亲身经历三种带电实验；通过查阅资料，了解库仑定律的探索历程，体会将抽象的物理问题进行可视化实验的巧妙。整体感知整体感知静电场及其应用——整体感知静电现象【学习目标】1.研读文本结合271BAY资源，用自己的语言说出静电现象研究的历史和科学研究方法。2.概括描述电荷量和电场的方法，说出自然界和生产生活中常见的静电现象3.初步建构“静电场”知识、能力结构体系，举出2~3个静电在生产生活中利用和防止的实例。【情境任务】自然界中的电荷有两种，但是在自然界和生产生活中却有很多的静电现象，摩擦过的琥珀能够吸引羽毛、同种电荷相互排斥、梳头发的噼啪声等等。人们从何时开始研究静电？如何描述静电？静电和生产生活有哪些联系？活动一、电荷及其相互作用研读文本及271BAY资源，简述电现象的研究历史及和科学方法。2.产生电荷的方式有哪几种？尝试比较其异同。3.类比机械能守恒或能量守恒定律，谈谈你对电荷守恒定律的理解。4.电荷间的相互作用有什么规律？研究微观带电粒子间相互作用时还需要考虑万有引力吗？试说明原因。【使用指南】借助271BAY资源，整体感知电荷及其规律，初步对电荷形成基本的认识。类比能量守恒定律学习电荷守恒定律。活动二、静电场及其描述1.电场的“场”看不见，摸不到，它是客观存在的吗？请分别从力的性质、方向性、物质性谈谈你对“电场”的理解。2.描述电场在各点性质的物理量是什么？采用的什么方法定义的该物理量？3.电场线是如何形象直观地描述电场的？尝试画出点电荷及匀强电场的电场线分布，并说出作图依据。【使用指南】通过活动设计，帮助同学们对看不见摸不着的电场进行分析设计，借助其他方法与方式进行设计，训练同学们的学习思维方式。本部分借助电荷在场中的受力来进行研究。活动三、生产生活中的静电现象1.在加油站给汽车加油时，为何要触摸一下静电释放器？生活中哪些过程还会产生静电？请举例说明。2.静电平衡的实质是什么？导体达到静电平衡后有什么特征？3.什么是尖端放电、静电屏蔽和静电吸附？静电现象有哪些危害？生活、生产中又有哪些应用？【使用指南】整体感知设计了三个学习活动，三个活动：电荷—电荷产生电场—电场基本现象。他们之间是螺旋上升的，内容之间又是相互联系。重点对电荷及其作用和电场的基本理解，为后面的探究活动铺好路，为同学们自主探究提供支持帮助。初步构建“静电场及其应用”知识、能力体系形成性评价1形成性评价1水平划分水平标准描述自评我的疑惑水平一能自主完成对静电场文本和271BAY资源的学习，整体感知静电现象。水平二初步构建出静电场及其应用的知识、能力体系，厘清核心知识间的逻辑。水平三能说出自己对电荷及其作用定律的理解，举出静电在生产生活中的的利用和防止的实例。探究建构探究建构静电场及其应用——探究静电特点和规律【学习目标】1.通过实验，探究三种起电方式，分析静电感应现象，结合原子结构模型总结物体带电的本质，说出对电荷守恒定律的理解。2.设计实验探究电荷间作用力的影响因素，说出库仑实验的精妙之处，能运用库仑定律分析点电荷间作用力。3.分析电场强度概念引入的必要性和科学性，能画出常见点电荷、等量同（异）号电荷的电场线，并说明其特点。【情境】科技馆中起电机会使人带电，瞬间头发会梳理散开，实现“怒发冲冠”。为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？活动一、探究静电感应现象及三种起电方式的本质1.摩擦起电和接触起电（1）让丝绸和玻璃棒摩擦、毛皮和橡胶棒摩擦，它们分别会带上何种电荷？如何证明它们带上了电荷？还有哪些常见的摩擦带电的方法？（2）思考、讨论、实验、验证。是不是所有物体摩擦都能带电？毛皮和毛皮摩擦能否带电？上述实验说明了什么？从原子结构模型摩擦起电的实质是什么？接触起电的实质是什么？2.感应起电、电荷守恒定律实验，取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它们彼此接触。用丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次接触球形导体C，使之带正电。（1）将C移近A，A、B带电情况？（2）如将A、B分开，再移走C，A、B带电情况如何？（3）如先移走C，再将A、B分开，A、B带电情况如何？（4）如将A、B分开，再移走C，再将A、B接触，它们是否带电？这说明什么？思考：电荷是摩擦的过程中创造出来的吗？结合摩擦起电、感应起电和接触带电，请你从微观角度分析感应起电的实质。说出对电荷守恒定律的理解。【习练】如图所示的实验中，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？活动二、探究影响电荷作用力的因素、库仑定律1.实验：探究影响电荷作用力的因素如图将静电摆球跟带电体A接触后挂在P位置，实验能观察到什么现象？猜想影响电荷间相互作用力的因素有哪些？2.库仑的实验和库仑定律（1）在实验中库仑为什么要用到扭秤？这是一种什么研究方法？库仑如何解决电荷量的测量问题？库仑的实验得出了什么结论？【习练】1.在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。2.在边长为a的正方形的每个顶点都放置一个电荷量为q的同种点电荷。如果保持它们的位置不变，每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力是多少？【使用指南】库仑定律学习中有三方面的物理思维方法：①点电荷模型构建②探究思想③等效思想活动三、电场的描述--电场强度、电场线1.电场强度（1）电场是物质吗？电场能看的见吗？电荷之间的作用力是通过什么来实现的？如何证明某空间有无电场存在？（2）用电荷在电场中的受力来描述电场的强弱是否可行？存在哪些问题？（3）如何定义一个物理量来描述电场强弱呢？用自己的话写出比值定义电场强度的必要性和科学性。（4）思考：电场中某点的电场强度与放入的试探电荷有关吗？推导电荷量为Q的点电荷的场强公式，证明你的想法。【习练】把试探电荷q放到电场中的A点，测得它所受的静电力为F；再把它放到B点，测得它所受的静电力为nF。A点和B点的电场强度之比EA：EB是多少？再把另一个电荷量为nq的试探电荷放到另一点C，测得它所受的静电力也是F。A点和C点的电场强度之比EC:EA是多少？【使用指南】学习用物理量之比定义新的物理量，明白本的思想方法。理解电场强度①试探电荷在电场中某点受力与试探电荷的电荷量之比是2.点电荷的电场、电场强度叠加（1）若以正点电荷为圆心作一个球面，球面上各点的电场强度有什么关系？（2）多个点电荷的电场强度如何计算？【习练】真空中有两个点电荷，Q1为4.0×10-8C、Q2为－1.0×10-8C，分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。（1）x轴上哪个位置的电场强度为0？（2）x轴上哪些位置的电场强度的方向是沿x轴的正方向的？【使用指南】借助271BAY资源，整体感知电荷及其规律，初步对电荷形成基本的认识。类比能量守恒定律学习电荷守恒定律。3.电场线（1）电场线有什么特点？电场线能否相交？电场线是客观存在的物质吗？实验：用头发碎屑和蓖麻油模拟点电荷电场线的分布。画出下列电场线，并描述其特点。匀强电场电场线负点电荷电场线正点电荷电场线匀强电场电场线负点电荷电场线正点电荷电场线等量正电荷的电场线等量异种电荷的电场线等量正电荷的电场线等量异种电荷的电场线【习练】ABABC【使用指南】探究构建设计了三个学习活动，三个活动：三种带电方式—库仑定律—电场强度与电场线。他们之间是相辅相成，层层递进。有利于帮助同学们理解电场。重点对库仑定律与电场强度进行探究设计，通过自主探究过程明确库仑定律的内容与公式的意义，为后面电场强度进行类比更好的认识电场，借助电场线提升同学们科学思维，去解决看不到、摸不到的电场。形成性评价2形成性评价2水平划分水平标准描述自评我的疑惑水平一能探究出电荷带电的本质和作用规律，说出对电荷守恒理解。水平二说出库仑实验的精妙之处，能运用库仑定律分析点电荷间作用力水平三能说出电场强度概念引入的必要性和科学性，能画等量同（异）号电荷的电场线。应用迁移应用迁移静电场及其应用——用静电场规律解决综合问题【学习目标】1.结合库仑定律和物体的平衡条件，分析静电力作用下物体的平衡问题。2.根据场强叠加原理，分析多个点电荷及简单带单体在空间某处产生的电场强度。3.分析静电平衡状态的形成过程，运用静电规律解释生产生活中是如何防止和利用静电的。【情境】闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象。闪电的威力可以超级核武器相提并论。为防止被雷击，高层建筑都装有避雷针，避雷针是如何工作的？生活中还有很多利用和防止静电的实例,让我们一探究竟！活动一、探究静电力作用下物体的平衡1.A、B是两个电荷量都是Q的点电荷，相距l，AB连线中点为O。现将另一个电荷量为q的点电荷放置在AB连线的中垂线上，距O为x的C处（图甲）。(1)若此时q所受的静电力为F1，试求F1的大小。(2)若A的电荷量变为－Q，其他条件都不变（图乙），此时q所受的静电力大小为F2，求F2的大小。(3)为使F2大于F1，l和x的大小应满足什么关系？2.有两个带正电小球，电荷量分别为Q和9Q，在真空中相距0.4m。如果引进第三个带电小球，正好使三个小球仅在静电力的作用下处于平衡状态，那么第三个小球应放在什么地方？带的是哪种电荷？电荷量是Q的几倍？【习练】在一个点电荷Q的电场中，让x轴与它的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3m和0.6m（图甲）。在A、B两点分别放置试探电荷，其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系，如图乙中直线a、b所示。（1）求A点和B点的电场强度的大小和方向。（2）点电荷Q所在位置的坐标是多少？活动二、电场强度的叠加原理应用1.长为l的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，如图所示，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点O处产生的电场强度大小和方向如何？2.如图所示，电荷量为q的点电荷与均匀带电薄板相距2d，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心。若图中A点的电场强度为0，求带电薄板产生的电场在图中B点的电场强度。活动三、静电的防止与利用1.实验：将带电体靠近验电器，金属箔片是否张开；用金属罩罩住验电器，在将带电体靠近，金属箔片是否张开？请对实验现象进行分析。2.实验：用电子起电机和感应起电机，将两个靠近的圆头导体和两个靠近的尖型导体分别与起电机的正负接线柱相连接，不断加大电压，哪种情况更容易发生尖端放电现象？避雷针在生活中是很常见的。避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，简述其工作原理。3.如图是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，请大家分析：带正点的矿粉落在收集版哪一侧？整个过程中电场力对矿粉做正功还是负功？【习练】1.静电给人们带来很多方便，但有时也带来很多麻烦，甚至造成危害。例如：印刷厂里，纸张之间摩擦带电，会使纸张吸附在一起，给印刷带来麻烦；印染厂里染织物上带静电，会吸附空气中的尘埃，使印染质量下降；制药生产中，由于静电吸引尘埃，使药品达不到预定纯度。要采取措施防止以上事例中静电的影响，你会怎么做？2.超高压带电作业的工人穿戴的工作服，为什么要用包含金属丝的织物制成？手机靠电磁波（电磁场）来传输信号，如果将手机装进一个封闭的铁盒子里，还能收到信号吗？【使用指南】应用迁移的活动设计重点帮助同学们通过前面对电场电荷的探究，通过电场力的平衡---电场的叠加---静电防护原理---生活中的静电防护。各部分之间循循渐进，帮助大家进行模型建构，科学论证，质疑创新。最终用静电规律解释生产生活中是如何防止和利用静电的。通过学习能够形成正确的用电观，再社会生产生活中能够做好防护。水平划分水平标准描述自评我的疑惑水平一能用库仑定律分析多个点电荷作用下的平衡问题。水平二能用场强叠加原理，分析多个点电荷及简单带单体电场的电场强度。水平三分析静电平衡状态的形成过程，会分析解释生活中静电现象的利用和防止原理。形成性评价3形成性评价3重构拓展重构拓展静电场及其应用——单元重构、拓展、过关【学习目标】1.重构“静电场及其拥有”四大结构，人人说出内容间的逻辑关系，说出静电的价值意义；2.人人过关检测，反思提升，总结用静电规律解决问题的思路和方法。3.拓展提升，从技术、安全、环保等方面提出合理化建议利用或防止静电，为人类服务，改变世界。【单元重构】单元重构指导：（1）以导图的形式对本单元的核心内容（重要的物理概念、物理规律）进行重构，重在重构对物理概念、物理规律的理解，以及物理概念、物理规律间的内在联系。（2）重构本单元所用到的重要的物理研究方法，比如说，模型构建、放大法、控制变量法等。重构这些物理研究方法在物理问题研究过程中所发挥的作用。（3）注重将“静电场及其应用”与生产、生活实际进行联系，进一步强化自己的运动和相互作用观念。【单元拓展】库仑定律与其他物质是否存在无关两个点电荷q1和q2相距为r,q1位于某导体的空腔内，q2作用在q1上的力是多少？2.制作小莱顿瓶，并做放电实验莱顿瓶的制作方法：给干净的矿泉水瓶外壁贴一层铝箔，用盖子固定一根用长铁钉做成的导杆，瓶内倒入适量的食盐水，盖上瓶盖就做成了一只小电容器——小莱顿瓶。实验方法：用电子起电机使得莱顿瓶带上电，将外面的铝箔引出一根导线，与铁钉靠近，会看到明显的火花放电现象。3.自制作静电除尘装置静电除尘装置，可以减少污染物排放，还可以进行废物利用，请大家思考一下，用所学知识和身边材料制作一个静电除尘的演示装置。【使用指南】重构拓展通过莱顿瓶的设计自制静电除尘装置，让同学们能够灵活应用本单元的物理思想进行设计活动，通过脑洞大开从技术、安全、环保等方面提出合理化建议利用或防止静电，为人类服务，改变世界。【单元过关】要求：a.限时：90分钟。b.审题：从情景中提取有效信息，勾画关键词，合理建模。c.卷面要求书写认真、规范作图。d.用对待高考试卷的态度来对待每一次限时过关一、单选题（包括8小题，每小题3分，共24分）1.物理学中为了方便研究电学规律而引入了“点电荷”概念，该概念的建立是根据()A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．假设与猜想的方法D．极限法2．导体A带电荷量为5q，另一完全相同的导体B带电荷量为－3q，两导体接触一会儿后分开，则导体B带的电荷量为()A．－qB．qC．2qD．4q3.真空中有两个点电荷，它们间的静电力为F，如果保持它们所带的电量不变，将它们之间的距离增大为原来的eq\r(3)倍，它们之间静电力的大小等于()A．3FB．FC．eq\f(1,3)FD．eq\f(1,6)F4．如图下列表达式中，q一定是场源电荷的是()A．F＝keq\f(Qq,r2)B．E＝eq\f(F,q)C．WAB＝qUABD．E＝keq\f(q,l2)5.如图油罐车后面都有一条拖地的铁链，其作用是()A．向外界散热B．作为油罐车的标志C．发出响声，提醒其他车辆和行人的注意D．把电荷导入大地，避免由静电造成危害6.在如图所示的各电场中，A、B两点场强相同的是()7.如图，A、B为两个带电小球，两球质量均为m，A球固定在绝缘杆的上端，B球通过一绝缘细绳连接在天花板上。A球的带电量为Q，B球的带电量为q，Q＞q，静止时，两小球在同一水平线，细绳与竖直方向夹角为θ。己知重力加速度为g，则()A．两球带异种电荷B．B球所受的库仑力比A球所受的库仑力大C．B球受到的库仑力大小为mgsinθD．若A球靠近B球，细绳对B球的拉力变大8.如图所示，在水平向右、大小为E的匀强电场中，在O点固定一电荷量为Q的正电荷，A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点，B、D连线与电场线平行，A、C连线与电场线垂直。则()A．A点的电场强度大小为eq\r(E2＋k2\f(Q2,r4))B．B点的电场强度大小为E－keq\f(Q,r2)C．D点的电场强度大小不可能为0D．A、C两点的电场强度相同二、多选题（包括4小题，每小题4分，共16分）9．用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点，O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则()A．B、C两点场强大小和方向都相同B．A、D两点场强大小相等，方向相反C．E、O、F三点比较，O点场强最强D．B、O、C三点比较，O点场强最弱10．如图所示，带箭头的线表示某一电场中的电场线的分布情况。一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示。若不考虑其他力，则下列判断中正确的是()A．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电；若粒子是从B运动到A，则粒子带负电B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小11.如图所示，图甲中AB是一个点电荷电场中的电场线，图乙则是放在电场线上a、b处的检验电荷的电荷量与所受静电力间的函数图线，由此可知以下判断可能正确的是()A．场源是正电荷，位于a点的左侧B．场源是正电荷，位于b点的右侧C．场源是负电荷，位于a点的左侧D．场源是负电荷，位于b点的右侧12．如图所示，在玻璃管中心轴上安装一根直导线，玻璃管外绕有线圈，直导线的一端和线圈的一端分别跟感应圈的两放电柱相连。开始，感应圈未接通电源，点燃蚊香，让烟通过玻璃管冒出。当感应圈电源接通时，玻璃管中的导线和管外线圈间就会加上高电压，立即可以看到不再有烟从玻璃管中冒出来了。过一会儿还可以看到管壁吸附了一层烟尘，这是因为()A．烟尘在高压电场作用下带上了负电B．烟尘在高压电场作用下带上了正电C．带负电的烟尘吸附在管壁上，因此看不到有烟冒出D．带正电的烟尘吸附在直导线上，因此看不到有烟冒出三、非选择题(本题共6小题，共52分。把答案填在题