电荷及其守恒定律--教学设计

电荷及其守恒定律一、教学目标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、经理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．学情分析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已经讲过。本节重点是讲述静电感应现象。作为章节的起始教学，并不要求学生理解深奥的电磁学知识，重点安排在静电学基础部分复习上。发动学生尽可能多地参与讨论，分清一些初中不实或有误的观点，为整个章节做好准备工作。三、教材分析电荷守恒定律、利用电荷守恒定律分析解决摩擦起电和感应起电的相关问题是本节的重点和难点。四、教学策略以演示实验为先导，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体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：丝绸、玻璃棒、毛皮、橡胶棒、验电器、碎纸屑、枕形导体五、教学设计【事件1】引入今天是我们进入高二后的第一节新课，我们先说一下主要学习哪些内容？高一学习的是“力学”部分，进入高二后我们要开始学习“电学”，力学和电学有什么区别呢？我们从两个方面来说一下，首先从历史的角度来看，从力学到电学是从传统文明到现代文明的转变，现代的生活如果没有了电，晚上漆黑一片，大家也上不了网、看不了电视、玩不了手机了。第二，从学习方法的角度来看，力学部分是比较直观的现象，比如用手推桌子，人拉车或铅球自由落体，这些现象都是可以看到的。而电尽管有很多的实验，但其内部的本质是看不见也摸不着的，比如电荷发生了运动，我们不能用手去摸一下，所以学习电学，我们一定要学会在脑海中建构物理模型，其实很多学科都是这样，比如数学模型、化学模型、建筑模型等。这种抽象思维的转变是大家在学习电学中一定注意的。我们来看一下静电场这一章的知识结构，为什么称为“静”电场，静止的电荷所产生的电场称为静电场。包括三个层次，首先是认识电场，主要是前两节，电荷、库仑定律；接着是描述电场，从两个角度，一是从力的性质，一是从能的性质；力的性质是电场对放入其中的电荷具有力的作用；主要是第三节电场强度、电场线；能的性质是电荷在力的作用下会发生运动，具有动能，而且能量会发生转化，主要是电势、电势差等。最后是电场的应用，主要包括电容器、还有非常非常重要的一节带电粒子在电场中的运动。【事件2】两种电荷同学们先来思考第一个问题，（问题1：自然界中有哪几种电荷？它们之间的相互作用如何？）（问题2：一般情况下物体不带电，用怎样的方法可以使物体带电？能举几个例子吗？）参考讲解：1.正电荷：丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷；负电荷：毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷，正负电荷的概念是由美国的富兰克林借用数学上正负数的概念提出的，他有个著名的“风筝实验”。带电体的性质：同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引；带电体具有吸引轻小物体的性质。（比如用梳子梳头，会发现梳子能吸引碎纸屑）生活中那些现象是摩擦起电呢？（秋天脱毛衣时会有啪啪声，用梳子梳头，头发飘起来等）练习。【事件3】教学任务：理论探究摩擦起电的本质？问题引导：那为什么在摩擦的过程中，橡胶棒或玻璃棒会带上了电呢？（阅读课本一、二段回答）思考并讨论，从物质的微观结构、原子的组成、原子核对内外层电子束缚能力等方面讨论摩擦起电的微观原理。参考解释：我们要从物质的微观结构来看，我们知道物质是由什么组成的？原子呢？原子核？从带电性上来看，质子带？中子？所以原子核带？核外电子带？，正负电荷在数量上是相等的，所以原子不显电性。原子内部的原子核只能在平衡位置处做微小的震动，而核外电子有了一定的环境可以自由的移动，不同的原子内，原子核对核外电子的束缚能力不同，一些原子束缚能力强，原子不容易失去，而另一些原子的束缚能力弱，原子容易失去，在摩擦的时候电子就由一个物体转移到了另一个物体。所以得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。结论：摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同。实质：电子的转移。结果：两个相互摩擦的物体带上了等量的异种电荷。课堂训练：毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为（）A．毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上；B．毛皮上的一些正电荷转移到了橡胶棒上C．橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了D．橡胶棒上的一些正电荷转移到了毛皮上了【事件5】教学任务：实验探究感应起电的微观原理认识金属导电的本质。金属中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，这种电子叫做自由电子；失去这种电子的原子便成为带正电的离子，正离子在自己的平衡位置上振动，只有自由电子穿梭其中，这就使金属成为导体，绝缘体中不存在这种自由电子。实验：取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触，起初它们不带电，贴在下部的金属箔是闭合的。把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？移走C，金属箔有什么变化？先把A和B分开，然后移去C，金属箔又有什么变化？再让A和B接触，又会看到什么现象？利用上面介绍的金属结构的模型，解释看到的现象。参考描述：（介绍装置）A、B两个导体是分开的，当它们对在一起的时候，看起来像什么？这种导体我们称为枕形导体。在A、B下方有两条竖直的线，使两片金属箔，如果导体带上了电，金属箔也带上了同种电荷，金属箔就会张开一定的夹角，导体的下端有一个绝缘的支架，如果不绝缘，电荷就被导走了。（进行实验）刚开始A、B闭合在一起，用带电体去靠近导体A端，观察现象？将A、B分开，再移去C，看到什么现象？再让A和B接触，观察现象？……观看动画。讨论与交流：如何解释上述实验现象？参考解释：为什么当带电体靠近导体时，金属箔张开？（导体内有大量的自由电子，当带电体靠近时，由于电荷间的相互作用，电子就会移动，负电荷被吸引过来，A有多余的电子，就带上了负电，右边失去了电子就带上了正电。A、B分开后，将C拿走，仍带电，因为电子回不去。合上后，电子又发生了移动，重新达到平衡。）静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一段带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。感应起电的本质：感应起电也不是创造的电荷，而是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一个部分转移到另一个部分。课堂训练：不带电的枕形导体A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带电体C时()A.A端金箔张开，B端金箔闭合；B.用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合；C.用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开；D.用手触摸枕形导体前两队金箔分别带异种电荷，手和C都移走后两对金箔带同种电荷。规律：近端感应_________电荷，远端感应__________电荷；用手触摸或将导体接地后，导走________端的电荷。【事件4】接触带电：不带电的物体和带电体接触后带电；接触带电的实质是电荷从带电体转移到不带电的物体上。摩擦起电是使物体带电的一种方式，那有没有其他方式也使物体带上电呢？首先看一下验电器的构造，（金属球、金属杆、金属箔、外面还有金属外壳，在金属杆和金属外壳之间还有一个绝缘的物质。如果不绝缘呢？当验电器上带上了电，金属箔也带上了电，如果验电器带正电，金属箔也带正电，由于电荷之间的相互作用，金属箔就会张开。摩擦可以使物体带电，那我们能不能使验电器带上电呢？）（这个橡胶棒现在有电吗？我们可以检验一下，我们用橡胶棒接触金属球，发现下面的指针没有偏转，摩擦后，指针发生了偏转，说明验电器带上了电）大家想想，这个验电器有没有和物体发生摩擦，那它为什么带上了电呢？这也是使物体带电的一种方式，这种方式和摩擦一样吗？这种使物体带电的方式我们称为接触带电。（通过与带电体直接接触，电子就会从一个物体转移到另一个物体，从而使不带电的物体带上了电，这种起电方式称为接触起电）接触起电的实质是什么？从微观上看，也是电子的转移。（感应起电和接触带电，导体棒的上端所带的电荷性质不同？）【事件6】电荷守恒定律思考与讨论：通过刚才对三种起电方式本质的分析，思考满足共同的规律是什么？结论：无论哪种起电方式，本质上都是使微观带电粒子在物体之间或物体内部转移，而不是创造出电荷。电荷守恒定律的两种表述方式。【事件7】元电荷1.电荷的多少用什么表示？单位？2.什么是元电荷，数值是多少？3.一个电子就使一个元电荷吗？4.什么是电子的比荷？电子的比荷使多少？（电子和质子的电荷量均为e,所有带电体的电荷量等于e或e的整数倍）