高中物理人教版 (新课标)选修31 电荷及其守恒定律教学设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 电荷及其守恒定律教学设计，共8页。

eq \(\s\up7(),\s\d5(全章教学设计))


全章教学内容分析


本章是高中物理电磁学的起始章节，可以说本章将学生引入另一个新的学习领域；本章教学是整个电磁学教学的基础，对后续的电磁学的教学将产生深远的影响。


《电场》章节的知识特点：(1)新概念多且抽象不易直接感知；(2)综合性强、跨度大；(3)包含有丰富的物理思维方法。


课标要求


1．了解静电现象及其在生活和生产中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。


例1 了解存在可燃气体的环境中防止静电常采用的措施。


2．知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。知道两个点电荷间相互作用的规律。通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。


3．了解静电场，初步了解场是物质存在的形式之一。理解电场强度。会用电场线描述电场。


4．知道电势能、电势，理解电势差。了解电势差与电场强度的关系。


例2 分析物理学中常把无穷远处和大地作为电势零点的道理。


例3 观察静电偏转，了解阴极射线管的构造，讨论它的工作原理。


5．观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。举例说明电容器在技术中的应用。


例4 使用闪光灯照相。查阅资料，了解电容器在照相机的闪光灯中的作用。


活动建议


1．通过查阅资料、阅读说明书、观察实物等方式，了解避雷针、静电除尘器、静电复印机、激光打印机等设施的基本原理，撰写一篇科学报告。


2．收集资料，综述静电的危害和预防方法。


知识版块及知识结构


静电基本现象→电场力的性质和能的性质→电场对电场中的物质的作用(电场对电荷的作用、电场对导体的作用、电场对电介质的作用)


知识结构图





学情分析


学生对电场知识类了解不多，初中教学中实验不全；回忆总结初中静电学知识参差不齐；学生正处在形象思维向抽象思维转变的关键时期，部分学生存在抽象思维障碍，尤其是空间思维障碍；部分学生对电学知识不感兴趣，存恐惧感。


教学要求与建议


1．加强演示实验和生活经验在教学中的形象思维支撑，促进学生获得正确的知识表象；


2．不失时机地、及时地进行宏观和微观的联系，突出学生对电荷运动及电相互作用中的微观机理理解；


3．强调静电场的概念和研究方法是电磁学的基础，注意物理概念的辨析，防止相似概念混淆；


4．突出对静电场的认识过程，突出类比思维方法的应用，促进知识的有效建构；


5．加强与生活、技术、社会的联系，加强力电知识综合，提高大幅度迁移和应用知识的能力。


课时分配建议








1 电荷及其守恒定律


eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


教学分析


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。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，为整个章节作好准备工作。


教学目标


1．通过对初中知识的复习知道自然界存在两种电荷及其相互作用，知道电荷量的概念及其国际单位。


2．知道使物体带电的三种方式：摩擦起电、感应带电和接触带电，经历摩擦起电和感应起电的实验过程，知道三种方式均不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。


3．说出电荷守恒定律，能从物质微观结构的角度认识电荷守恒。


4．知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。


5．通过对本节的学习体会从微观的角度认识物体带电的本质的方法。


教学重点难点


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。


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。对库仑定律式的应用时，可先介绍规则：用电荷量的绝对值代入进行计算，根据是同种还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是斥力。


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。


eq \(\s\up7(),\s\d5(课前准备))


教学媒体


丝绸，玻璃棒，毛皮，硬橡胶棒，绝缘金属球，静电感应导体，通草球，验电器、静电计。


多媒体课件、实物投影仪、视频片断。


知识准备


复习两种电荷及其相互作用、摩擦起电、电荷量与元电荷的知识。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))


导入新课


[事件1]


教学任务：创设情景，导入新课


师生活动：


情景导入，放映雷电现象的视频片断，PPT课件展示静电现象的图片。


引入新课：新的知识内容，新的学习起点。本章将学习静电学，将从物质的微观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。


【演示】


摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质，这种现象叫摩擦起电，摩擦过的物体就带了电。


学生回忆并说出初中所学的有关静电知识，其他学生补充。


推进新课


[事件2]


教学任务：两种电荷及其相互作用


师生活动：


【演示】


用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒之间也相互排斥，而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引。


观察并讨论：上述现象说明了什么问题？


可能出现的结果：丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的硬橡胶棒带的电不一样；同种电荷相排斥，不同种电荷相吸引等等。


结论：


自然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷。


把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示。把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示。


电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。


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？


可能出现的观点：电荷间的相互作用只有吸引或排斥两种，没有第三种作用(逻辑类)；人们没有发现对上述两种电荷都排斥或都吸引的电荷(事实类)；物质由带正电的原子核和带负电的核外电子构成，得到电子带负电、失去电子带正电(理论推理类)。……


对学生观点给予激励性评价。


学情预设：学生对自然界中的两种电荷有了初步的认识，但对有没有第三种电荷存在可能产生发散思维。


[事件3]


教学任务：理论探究摩擦起电的微观原理


师生活动：


问题引导：相互摩擦为什么能够使物体带电？


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约束能力等方面讨论摩擦起电的微观原理。


参考解释：物质都是由分子组成，而分子由原子组成，原子是由一个带正电的原子核和一定数目的绕核运动的带负电的电子组成。原子核所带正电荷量的总数与核外所有电子的负电荷量总数是相等的，且正电荷、负电荷分布的中心(常称电荷中心)重合。因而，在通常情况下，整个原子呈电中性(所谓不带电)。当原子因某种原因(如摩擦、受热、化学变化等)，而失去一个或几个电子时，原子就显为“带正电”，获得额外电子时，就显为“带负电”。所以，实质上物体的带电过程就是电子的得失过程。比如用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的正电荷，实质上就是由于两者摩擦，组成玻璃棒的原子上的若干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子带正电，而丝绸得到电子带负电。


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异种电荷。


[事件4]


教学任务：实验探究感应起电的微观原理


师生活动：





静电感应


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(如图)。


把带正电荷的球C移近导体A，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。


【演示】


观察与描述：学生观察实验，逐一描述实验现象，其他学生补充和修正。


参考描述：把带正电荷的球C移近彼此接触的导体A、B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上的金属箔都保持张开；如果再让A和B接触，金属箔就会闭合。


总结与归纳：学生归纳实验结论，其他学生补充规定完善。


实验结论：A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后它们就不再带电。


讨论与交流：如何解释上述实验现象？


学生分组讨论上述问题，总结结论分组汇报。


提示问题：


1．金属导体的微观结构？


2．什么叫自由电子，自由电子的运动有何特征？


3．带电体靠近导体时，电荷间的相互作用会导致什么现象？


起电的本质原因：把带电的球C移近金属导体A和B时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷。


静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。


感应起电的本质：感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分。


思维拓展：等量的正负电荷相遇，会发生什么现象？不等量的正负电荷相遇，又会发生什么现象？


中和：等量的正、负电荷相遇后电性消失的现象。


[事件5]


教学任务：归纳总结电荷守恒定律


师生活动


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(课堂训练))


1．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了


B．毛皮上的一些正电荷转移到了橡胶棒上了


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毛皮上了


答案：A


结论：摩擦起电实质是电子从一个物体______到另一个物体上。得到电子带______；失去电子带______。





2．如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带电导体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对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


答案：BCD


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。


讨论与交流：比较摩擦起电和静电感应的区别。


分析：不同点：摩擦起电是电子从一个物体转移到另一个物体


感应起电是电子从物体的一部分转移到另一部分。


共同点：都使物体带等量的异种电荷。起电的过程是使物体中正负电荷分开的过程。


3．两个完全一样的金属小球A、B，其中A带电为Q，B不带电，将A与B接触后再分开，则A、B球的带电情况怎样？


答案：A、B球接触后再分开，带同样多的电荷。


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。


接触带电电荷分配原则：


■两个带有同种电荷的导体接触，电荷会重新分配，若不受外界影响，两个完全相同的带电导体，接触后再分开，二者将原来所带电荷量的总和平均分配。


■两个带有异种电荷的导体，接触后先发生正负电荷的中和，然后剩下的电荷量再进行电荷的重新分配；如果两带电体完全相同，则剩下的电荷平均分配。


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：无论是哪种起电方式，其本质都是使电荷发生转移，造成局部正负电荷偿均，并不是创造电荷。


电荷守恒定律：电荷既不能创造，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。


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。


[事件6]


教学任务：自主学习电荷量、元电荷、比荷等概念。同桌互助检验学习效果。


师生活动


自主学习：阅读课本，理解并记忆以下几个物理概念：


电荷量：电荷的多少叫做电荷量。符号：Q或q。单位：库仑。符号：C。


元电荷：电子所带的电荷量，用e表示，e＝1.60×10－19 C。


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。电荷量是不能连续变化的物理量。最早由美国物理学家密立根测得。


比荷：电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m，符号：C/kg


互助合作：同桌二人一问一答，检验以上概念的记忆效果，互换角色重复一遍。


做一做





验电器


为了判断物体是否带电以及所带电荷的种类和多少，从18世纪起，物理学研究者们经常应用一种叫做验电器的简单装置；玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一条导体棒的下端，棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出(如图甲)。如果把金属箔换成指针，并用金属做外壳，这样的验电器又叫静电计(如图乙)。





验电器和静电计








制作一个验电器，并描述如何用验电器检测带电体带电的种类和相对数量。


注意观察：是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时，金属箔片才开始张开？解释看到的现象。


思维拓展：如何有验电器检测带电体带电的种类和相对数量？


参考方法：先让验电器带上电性已知的电荷，带电体与验电器金属棒接触，金属箔片张角增大为同性电荷，张角减小或先闭合再张开，则为异性电荷。


当带电体靠近验电器上端金属棒时，利用静电感应规律可作出类似的判断。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(课堂小结))


[事件8]


教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。


这部分内容单独作为一节，使学生认识到，人们对静电现象的认识经历了一个漫长的过程；静电现象的研究同样突出了守恒的思想。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作业))


1．复习本节教材。


2．完成课本课后问题与练习。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板书设计))








1 电荷及其守恒定律


一、两种电荷及其相互作用


二、三种起电方式：


1．摩擦起电


2．感应起电


3．接触带电


结论：无论是哪种起电方式，其本质都是使电荷发生转移，造成局部正负电荷分布不均，并不是创造电荷。


三、电荷守恒定律


1．内容：电荷既不能创生，也不能消灭，它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；在转移过程中，电荷的总量保持不变。


2．另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。


四、电荷量、元电荷和比荷


1．电荷量：电荷的多少。单位：库仑，符号：C


2．元电荷：电子所带电荷量。e＝1.60×10－19 C


3．比荷：电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m，符号：C/kg





eq \(\s\up7(),\s\d5(活动与探究))


课题：了解密立根实验，了解各种微观粒子的电荷量。


过程：上网查找资料，收集密立根实验的有关信息，结合教材本章最后关于密立根实验的介绍，了解实验的基本原理。进而收集电子、质子、α粒子、各种离子等微观粒子的电荷量。可以在自主研究的基础上分小组进行交流，形成统一意见后，各小组派代表向全班同学汇报。


eq \(\s\up7(),\s\d5(设计说明))


本节课作为电磁学的开端，对后续的学习具有重要的影响。在教学中，引领学生走进电学、了解电学的基本现象和基本方法，激起对电现象的浓厚兴趣，是本节教学的根本出发点。为达到上述目的，教学设计中让学生尽量多地参与到课堂活动中来，充分调动眼、耳、口、手、脑等感官，灵活组合自主、探究、合作的学习方式，以丰富多彩的视频、图片、课件、实验辅助教学，在趣味学习活动中穿插课堂训练和检测，贯彻了快乐学习的理念。


1 电荷及其守恒定律
1课时
2 库仑定律
1课时
3 电场强度
2课时
4 电势能和电势
2课时
5 电势差
1课时
6 电势差与电场强度的关系
1课时
7 静电现象的应用
1课时
8 电容器与电容
1课时
9 带电粒子在电场中的运动
1课时