人教版高二物理選修3-1教案： 11電荷及其守恒定律

1、學(xué)科：高中物理課題：選修3-1 1.1電荷及其守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)教材版本：新課標(biāo)人教版 選修3-1任教年級：高二年級選修3-1 1.1電荷及其守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)【教材、學(xué)情分析】本教時(shí)作為電學(xué)知識的引入和準(zhǔn)備，在章節(jié)教學(xué)活動中有著一定的重要性。本節(jié)從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)，使物體帶電的方法。給學(xué)生滲透看問題要透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思想。自然界存在兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識在初中都已經(jīng)學(xué)過，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)。作為章節(jié)的起始教學(xué)，重點(diǎn)安排在靜電學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)和對感應(yīng)起電的理解上，本節(jié)關(guān)鍵是做好實(shí)驗(yàn)，從微觀分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象

2、的原因。發(fā)動學(xué)生盡可能多的參與討論，教學(xué)中要通過對“摩擦起電”和“感應(yīng)起電”這兩個(gè)現(xiàn)象的分析，使學(xué)生分清一些初中不實(shí)或有誤的觀點(diǎn)，使學(xué)生的思考達(dá)到電荷可能守恒的合理推測，有了使物體帶電的理解，電荷守恒定律便水到渠成，從而進(jìn)一步深化對電荷的認(rèn)識，為整個(gè)章節(jié)做好準(zhǔn)備工作。教學(xué)三維目標(biāo)（一）知識與技能1知道自然界存在兩種電荷，并且只存在兩種電荷，知道同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。2經(jīng)歷摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過程，了解使物體帶電的方法，能從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)。3理解電荷守恒定律。4知道電荷量的概念及其國際單位。5關(guān)注存在元電荷的事實(shí)，知道元電荷的概念，知道電荷量不能連續(xù)變化。

3、（二）過程與方法1、通過對初中知識的復(fù)習(xí)使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)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(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和不變。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生能從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)。重點(diǎn)：電荷守恒定律。難點(diǎn)：利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問題摩擦起電和感應(yīng)起電的相關(guān)問題。在復(fù)習(xí)摩擦起電現(xiàn)象和講述靜電感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，說明起電的過程是使物體中正負(fù)電荷分開的過程，進(jìn)而說明電荷守恒定律。教學(xué)方法與手段以演示實(shí)驗(yàn)為先導(dǎo)，引領(lǐng)學(xué)生在復(fù)習(xí)摩擦起電現(xiàn)象和講述靜電感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，說明

4、起電的過程是使物理中正負(fù)電荷分開的過程，進(jìn)而說明電荷守恒定律。合作學(xué)習(xí)為主，發(fā)動學(xué)生對三種起電方式展開討論，舉例說明生活中的靜電現(xiàn)象。課前準(zhǔn)備教學(xué)多媒體絲綢，玻璃棒，毛皮，硬件橡膠棒，絕緣金屬球，靜電感應(yīng)導(dǎo)體，驗(yàn)電器。多媒體課件、視頻片斷。知識準(zhǔn)備復(fù)習(xí)兩種電荷及其相互作用、摩擦起電知識。教學(xué)過程【情景導(dǎo)入，放映雷電現(xiàn)象的視頻片斷】引入新課： 牛頓曾經(jīng)說：“我認(rèn)為自己只不過像在海灘上玩耍的男孩，不時(shí)地尋找比較光滑的卵石或比較漂亮的貝殼，以此為樂。而我面前，則是一片尚待發(fā)現(xiàn)的真理的大海?！笔堑?，牛頓并沒有發(fā)現(xiàn)值得我們知道的每一樣?xùn)|西，其中就包括豐富多彩，趣味兒十足的電現(xiàn)象、磁現(xiàn)象從這章開始，我們將

5、從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)、電荷相互作用的基本規(guī)律，以及與靜止電荷相聯(lián)系的靜電場的基本性質(zhì)，進(jìn)入更有趣的電和磁的世界。一、分小組學(xué)生回憶并說出初中所學(xué)的有關(guān)靜電知識，其他小組學(xué)生補(bǔ)充。摩擦起電、靜電復(fù)印等。二、電荷及其相互作用小組演示實(shí)驗(yàn)：絲綢摩擦玻璃棒和毛皮摩擦硬橡膠棒并用驗(yàn)電器檢驗(yàn)問題1：自然界中有幾種電荷？兩種：正電荷、負(fù)電荷問題2：電荷間怎樣相互作用？同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。問題3：交流討論：自然界中有沒有第三種電荷？怎見得沒有第三種電荷？書2頁：人們沒有發(fā)現(xiàn)對上述兩種電荷都排斥活都吸引的電荷這表明，自然界中的電荷只有兩種。放映電荷物質(zhì)屬性多媒體【探究一】從物

6、質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的角度理論探索摩擦起電的微觀原理 問題情境在干燥的冬天，當(dāng)你伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，手麻了一下，弄得你虛驚一場，是誰在惡作??？原來是電荷在作怪。1這些電荷是哪里來的？物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？摩擦起電的原因是什么？來自原子內(nèi)部；物質(zhì)由原子組成，而原子則由原子核(質(zhì)子和中子)和核外電子構(gòu)成；不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同。 總結(jié)摩擦起電的原因：在兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，一些束縛不緊的電子會從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶_負(fù)_電，失去電子的物體則帶_正_電摩擦起電的實(shí)質(zhì)： 物體間電子的轉(zhuǎn)移 。2什么是自由電子，金屬成為導(dǎo)體的原因

7、是什么？金屬中距離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，這種電子叫自由電子； 自由電子的自由活動是金屬成為導(dǎo)體的原因。放映原子構(gòu)成、摩擦起電、金屬導(dǎo)電機(jī)理多媒體3除了摩擦起電，還有其它方法可以使物體帶電嗎？感應(yīng)起電和接觸起電。 放映感應(yīng)起電多媒體【探究二】靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)師生活動演示：取有絕緣支柱的兩個(gè)不帶電枕形導(dǎo)體A、B，使它們彼此接觸。 1）把帶正電荷的球C移近彼此接觸的導(dǎo)體A，B，判斷A，B上的金屬箔有什么變化？說明什么？ 2）如果先把C移走，A和B上的金屬箔有什么變化？說明什么？ 3）如果先把A和B分開，然后移開C，判斷A和B有什么變化？說明什么？ 4）如果再讓A和B接

8、觸，A和B上的金屬箔有什么變化？說明什么？ 把帶正電荷的球C移近彼此接觸的異體A，B(參見課本圖1.11)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。實(shí)驗(yàn)觀察：金屬箔由閉合變?yōu)閺堥_，表明導(dǎo)體A、B兩端帶了電；再將物體C移開，金屬箔又由張開變?yōu)殚]合，表明導(dǎo)體A、B又恢復(fù)到原來的電中性狀態(tài)。思考并討論：要求學(xué)生根據(jù)教科書關(guān)于金屬的微觀結(jié)構(gòu)的論述分析產(chǎn)生這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。分析推測：這

9、既不是帶電，也不是摩擦起電，這是一種新的帶電方式，表明帶電體對導(dǎo)體內(nèi)部的電荷分布帶來了影響。它影響的是金屬導(dǎo)體中自由電子的移動嗎？是否由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原因，使靠近帶電體的導(dǎo)體內(nèi)部的電荷重新分布？這個(gè)影響的可能圖景會是什么樣的？學(xué)生對此會提出自己的推測、猜想。怎樣證實(shí)推測的是否正確呢？可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的推測。問題導(dǎo)引：先把A和B分開，然后移去C時(shí)，金屬箔是否有變化？再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？放映感應(yīng)起電多媒體動畫及微觀解釋實(shí)驗(yàn)觀察：先把A和B分開，然后移去C時(shí)，A和B兩端的金屬箔仍然張開，再讓A和B接觸，可以看到A和B兩端的金屬箔都閉合了。分析認(rèn)

10、證：因?yàn)镃球的正電荷吸引金屬導(dǎo)體中的自由電子，在A端有多余電子積累而帶負(fù)電，B端因失去電子帶正電，A、B分離時(shí)A帶負(fù)電，B帶正電，并且A、B兩導(dǎo)體所帶電荷等量異號。再讓A、B接觸，由于它們所帶電荷等量異號，所以電荷中和，金屬箔閉合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于導(dǎo)體中正、負(fù)電荷的分離，使原來電中性的導(dǎo)體分別帶了電。帶電體A、B再次恢復(fù)到電中性的狀態(tài)，說明導(dǎo)體內(nèi)部電荷的種類和數(shù)量達(dá)到等量、異號。如果不是這樣，導(dǎo)體內(nèi)一定有一種電荷多于另一種電荷，A、B也就不可能成為電中性體。小結(jié)：實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)體沒有與其他物體接觸，并且導(dǎo)體與周圍絕緣，所以總電荷不可能增減。也就是說，感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)體A、B沒有與其他物體

11、接觸，A、B都帶電時(shí)總電荷沒有增加，A、B接觸時(shí)總電荷也沒有減少。 總結(jié)感應(yīng)起電的原因：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間的相互吸引和排斥，導(dǎo)體中的自由電子便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶_異號電荷，遠(yuǎn)離的一端帶同號 電荷這種現(xiàn)象叫做 靜電感應(yīng)。感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)：物體內(nèi)電子的轉(zhuǎn)移。小結(jié)：實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)體沒有與其他物體接觸，并且導(dǎo)體與周圍絕緣，所以總電荷不可能增減。也就是說，感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過程中導(dǎo)體A、B沒有與其他物體接觸，A、B都帶電時(shí)總電荷沒有增加，A、B接觸時(shí)總電荷也沒有減少。問題延伸感應(yīng)起電現(xiàn)象中實(shí)驗(yàn)物體必須是導(dǎo)體嗎？必須是導(dǎo)體，因?yàn)閷?dǎo)體中有自由電子，可以自由移動?！咎骄咳拷?/p>

12、觸起電兩個(gè)完全相同的帶電導(dǎo)體,接觸后再分開：放映接觸起電多媒體1.原帶同種電荷，總量平分；2.原帶異種電荷，先中和再平分。實(shí)質(zhì)：電子在物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移。放映驗(yàn)電器多媒體學(xué)生總結(jié)常見的起電方式有三種： 摩擦起電、 感應(yīng)起電、 接觸起電 三種起電方式的實(shí)質(zhì)都是 電子 的轉(zhuǎn)移。學(xué)生對三個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的總結(jié)：無論是摩擦起電、感應(yīng)起電還是接觸起電，本質(zhì)上都是是微觀帶電粒子（如電子）在物體之間或物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。那么電荷總量守恒么？三、電荷守恒定律【探究四】問題情境現(xiàn)代生活中電無處不在，北京市一天的耗電量可達(dá)千萬度，那么，電荷會不會像煤和石油一樣總有一天會被用完呢？ 1電荷是摩擦的過程中創(chuàng)造出來的嗎？電荷不是創(chuàng)造出

13、來的，它是物體組成的一部分？2在電荷轉(zhuǎn)移的過程中其總量是否守恒？守恒.總結(jié)1電荷守恒定律的內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分2“電荷的中和”是指電荷的種類和數(shù)量達(dá)到等量、異號，這時(shí)正、負(fù)電荷的代數(shù)和為 零 ，而不是正、負(fù)電荷一起消失了問題延伸怎樣理解電荷守恒定律中“電荷的總量”？ “電荷的總量” 可理解為正、負(fù)電荷的代數(shù)和引入另一種表述：（書4頁）近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（可以告訴學(xué)生，這部分內(nèi)容以后還會學(xué)習(xí)，不要深究）。另一種表述： 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。放映電荷守恒定律多媒體四、了解元電荷的概念，把握

14、電荷量子化的思想。閱讀教材，思考問題：（1）電荷的多少如何表示？它的單位是什么？（2）什么是元電荷？一個(gè)電子就是一個(gè)元電荷嗎？（3）元電荷的數(shù)值是多少？它的數(shù)值最早是由哪位物理學(xué)家測定的？所有帶電體的電荷量是能連續(xù)變化的物理量么？（4）什么是比荷？電子的比荷是多少？1電荷的多少叫做電荷量。符號：Q或q 單位：庫侖 符號：C2元電荷:電子所帶的電荷量，用e表示。 元電荷的數(shù)值最早是由密立根測得的。注意：所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。3電荷量e的值計(jì)算中一般可?。篹=1.60×10-19C4比荷：電子的電荷量e和電子的質(zhì)量me的比

15、值,為C/放映元電荷多媒體【展示平臺】1如圖3所示，將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時(shí)，枕形導(dǎo)體上電荷的移動情況是（ B ）圖3A枕形導(dǎo)體中的正電荷向B端移動，負(fù)電荷不移動B枕形導(dǎo)體中電子向A端移動，正電荷不移動C枕形導(dǎo)體中的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向B端和A端移動D枕形導(dǎo)體中的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向A端和B端移動B【展示平臺】2如圖所示，用起電機(jī)使金屬球A上帶上正電，靠近驗(yàn)電器B，則（ D ）A驗(yàn)電器金箔不張開，因?yàn)榍駻沒有和B接觸B驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了正電C驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了負(fù)電D驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)轵?yàn)電器下部箔片都帶上了正電【展示平臺】3關(guān)于物體的帶電荷量，以下說法中正確的是（ BD ）A元電荷