【优品】高中物理人教版选修3-1第一章第1节电荷及其守恒定律-教案1正式版

《电荷及其守恒定律》整体设计【教材、学情分析】本教时作为电学知识的引入和准备，在章节教学活动中有着一定的重要性。本节从物质微观结构的角度认识物体带电的本质，使物体带电的方法。给学生渗透看问题要透过现象看本质的思想。自然界存在两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识在初中都已经学过，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。作为章节的起始教学，重点安排在静电学基础复习和对感应起电的理解上，本节关键是做好实验，从微观分析产生这种现象的原因。发动学生尽可能多的参与讨论，教学中要通过对“摩擦起电”和“感应起电”这两个现象的分析，使学生分清一些初中不实或有误的观点，使学生的思考达到电荷可能守恒的合理推测，有了使物体带电的理解，电荷守恒定律便水到渠成，从而进一步深化对电荷的认识，为整个章节做好准备工作。教学三维目标（一）知识与技能1．知道自然界存在两种电荷，并且只存在两种电荷，知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2．经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3．理解电荷守恒定律。4．知道电荷量的概念及其国际单位。5．关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。（二）过程与方法1、通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷。2、通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。（三）情感态度与价值观通过对本节的学习培养学生能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。重点：电荷守恒定律。难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上，说明起电的过程是使物体中正负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律。教学方法与手段以演示实验为先导，引领学生在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上，说明起电的过程是使物理中正负电荷分开的过程，进而说明电荷守恒定律。合作学习为主，发动学生对三种起电方式展开讨论，举例说明生活中的静电现象。课前准备教学多媒体丝绸，玻璃棒，毛皮，硬件橡胶棒，绝缘金属球，静电感应导体，验电器。多媒体课件、视频片断。知识准备复习两种电荷及其相互作用、摩擦起电知识。教学过程【情景导入，放映雷电现象的视频片断】引入新课：牛顿曾经说：“我认为自己只不过像在海滩上玩耍的男孩，不时地寻找比较光滑的卵石或比较漂亮的贝壳，以此为乐。而我面前，则是一片尚待发现的真理的大海。”是的，牛顿并没有发现值得我们知道的每一样东西，其中就包括丰富多彩，趣味儿十足的电现象、磁现象……从这章开始，我们将从物质的微观结构的角度认识物体带电的本质、电荷相互作用的基本规律，以及与静止电荷相联系的静电场的基本性质，进入更有趣的电和磁的世界。一、分小组学生回忆并说出初中所学的有关静电知识，其他小组学生补充。摩擦起电、静电复印等。二、电荷及其相互作用小组演示实验：丝绸摩擦玻璃棒和毛皮摩擦硬橡胶棒并用验电器检验问题1：自然界中有几种电荷？两种：正电荷、负电荷问题2：电荷间怎样相互作用？同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。问题3：交流讨论：自然界中有没有第三种电荷？怎见得没有第三种电荷？书2页：人们没有发现对上述两种电荷都排斥活都吸引的电荷这表明，自然界中的电荷只有两种。｛放映电荷物质属性多媒体｝【探究一】从物质的微观结构的角度理论探索摩擦起电的微观原理[问题情境]在干燥的冬天，当你伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手麻了一下，弄得你虚惊一场，是谁在恶作剧？原来是电荷在作怪。1．这些电荷是哪里来的？物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？来自原子内部；物质由原子组成，而原子则由原子核(质子和中子)和核外电子构成；不同物质的原子核束缚电子的能力不同。[总结]摩擦起电的原因：在两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带_负_电，失去电子的物体则带_正__电．摩擦起电的实质：物体间电子的转移。2．什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫自由电子；自由电子的自由活动是金属成为导体的原因。｛放映原子构成、摩擦起电、金属导电机理多媒体｝3．除了摩擦起电，还有其它方法可以使物体带电吗？感应起电和接触起电。｛放映感应起电多媒体｝【探究二】静电感应实验师生活动演示：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。1）把带正电荷的球C移近彼此接触的导体A，B，判断A，B上的金属箔有什么变化？说明什么？2）如果先把C移走，A和B上的金属箔有什么变化？说明什么？3）如果先把A和B分开，然后移开C，判断A和B有什么变化？说明什么？4）如果再让A和B接触，A和B上的金属箔有什么变化？说明什么？把带正电荷的球C移近彼此接触的异体A，B(参见课本图1.1－1)．可以看到A，B上的金属箔都张开了，表示A，B都带上了电荷．如果先把C移走，A和B上的金属箔就会闭合．如果先把A和B分开，然后移开C，可以看到A和B仍带有电荷；如果再让A和B接触，他们就不再带电．这说明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和。实验观察：金属箔由闭合变为张开，表明导体A、B两端带了电；再将物体C移开，金属箔又由张开变为闭合，表明导体A、B又恢复到原来的电中性状态。思考并讨论：要求学生根据教科书关于金属的微观结构的论述分析产生这一实验现象的原因。分析推测：这既不是带电，也不是摩擦起电，这是一种新的带电方式，表明带电体对导体内部的电荷分布带来了影响。它影响的是金属导体中自由电子的移动吗？是否由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原因，使靠近带电体的导体内部的电荷重新分布？这个影响的可能图景会是什么样的？学生对此会提出自己的推测、猜想。怎样证实推测的是否正确呢？可以引导学生设计新的实验来验证自己的推测。问题导引：先把A和B分开，然后移去C时，金属箔是否有变化？再让A和B接触，又会看到什么现象？｛放映感应起电多媒体动画及微观解释｝实验观察：先把A和B分开，然后移去C时，A和B两端的金属箔仍然张开，再让A和B接触，可以看到A和B两端的金属箔都闭合了。分析认证：因为C球的正电荷吸引金属导体中的自由电子，在A端有多余电子积累而带负电，B端因失去电子带正电，A、B分离时A带负电，B带正电，并且A、B两导体所带电荷等量异号。再让A、B接触，由于它们所带电荷等量异号，所以电荷中和，金属箔闭合。实验结果表明，由于导体中正、负电荷的分离，使原来电中性的导体分别带了电。带电体A、B再次恢复到电中性的状态，说明导体内部电荷的种类和数量达到等量、异号。如果不是这样，导体内一定有一种电荷多于另一种电荷，A、B也就不可能成为电中性体。小结：实验过程中导体没有与其他物体接触，并且导体与周围绝缘，所以总电荷不可能增减。也就是说，感应起电的实验过程中导体A、B没有与其他物体接触，A、B都带电时总电荷没有增加，A、B接触时总电荷也没有减少。[总结]感应起电的原因：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引和排斥，导体中的自由电子便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带_异号电荷，远离的一端带同号电荷．这种现象叫做静电感应。感应起电的实质：物体内电子的转移。小结：实验过程中导体没有与其他物体接触，并且导体与周围绝缘，所以总电荷不可能增减。也就是说，感应起电的实验过程中导体A、B没有与其他物体接触，A、B都带电时总电荷没有增加，A、B接触时总电荷也没有减少。[问题延伸]感应起电现象中实验物体必须是导体吗？必须是导体，因为导体中有自由电子，可以自由移动。【探究三】接触起电两个完全相同的带电导体,接触后再分开：｛放映接触起电多媒体｝1.原带同种电荷，总量平分；2.原带异种电荷，先中和再平分。实质：电子在物体内部的转移。｛放映验电器多媒体｝[学生总结]常见的起电方式有三种：摩擦起电、感应起电、接触起电．三种起电方式的实质都是电子的转移。学生对三个实验现象的总结：无论是摩擦起电、感应起电还是接触起电，本质上都是是微观带电粒子（如电子）在物体之间或物体内部转移。那么电荷总量守恒么？三、电荷守恒定律【探究四】[问题情境]现代生活中电无处不在，北京市一天的耗电量可达千万度，那么，电荷会不会像煤和石油一样总有一天会被用完呢？1．电荷是摩擦的过程中创造出来的吗？电荷不是创造出来的，它是物体组成的一部分？2．在电荷转移的过程中其总量是否守恒？守恒.[总结]1．电荷守恒定律的内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．2．“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到等量、异号，这时正、负电荷的代数和为零，而不是正、负电荷一起消失了．[问题延伸]怎样理解电荷守恒定律中“电荷的总量”？“电荷的总量”可理解为正、负电荷的代数和．引入另一种表述：（书4页）近代物理实验发现……（可以告诉学生，这部分内容以后还会学习，不要深究）。另一种表述：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。｛放映电荷守恒定律多媒体｝四、了解元电荷的概念，把握电荷量子化的思想。阅读教材，思考问题：（1）电荷的多少如何表示？它的单位是什么？（2）什么是元电荷？一个电子就是一个元电荷吗？（3）元电荷的数值是多少？它的数值最早是由哪位物理学家测定的？所有带电体的电荷量是能连续变化的物理量么？（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？1．电荷的多少叫做电荷量。符号：Q或q单位：库仑符号：C2．元电荷:电子所带的电荷量，用e表示。元电荷的数值最早是由密立根测得的。注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。3．电荷量e的值计算中一般可取：e=1.60×10-19CB＋＋Ａ＋＋＋＋＋4．比荷：电子的电荷量e和电子的质量me的比值,为111076.1emeC/㎏｛放映元电荷多媒体｝【展示平台】1．如图3所示，将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电荷的移动情况是（B）图3A．枕形导体中的正电荷向B端移动，负电荷不移动B．枕形导体中电子向A端移动，正电荷不移动C．枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动D．枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动【展示平台】2．如图所示，用起电机使金属球A上带上正电，靠近验电器B，则（D）A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电【展示平台】3．关于物体的带电荷量，以下说法中正确的是（BD）A．元电荷就是电子B．物体带电荷量的最小值为1.6×10-19CC．物体所带的电荷量可以为任意连续的实数D．物体所带的电荷量只能是某些特定值【板书设计】一、自然界中有两种电荷：正电荷、负电荷二、摩擦起电：实质：物体间电子的转移三、静电感应实验：感应起电的实质：物体内电子的转移四、接触起电：物体间电子的转移起电方式有三种：摩擦起电、感应起电、接触起电．三种起电方式的实质都是电子的转移五、电荷守恒定律：六、元电荷：e=1.60×10-19C;比荷:e/m【小结】