【鲁科版】物理选修3-1全册教学教案

第1节  静电现象及其微观解释【教学目的】（1）掌握两种电荷，了解摩擦起电和感应起电，定性了解自然界仅有的两种电荷间的作用特点（2）了解静电现象及其在生产和生活中的运用（3）了解电荷守恒规律。能用原子结构和电荷守恒规律解释静电现象 【教学重点】感应起电的方法和原理/电荷守恒定律【教学难点】感应起电的原理运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因【教学媒体】 1. 实验器材：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒、验电器、AB筒，摩擦起电机 2. 课件：视频静电使长发飘起来；文档人身静电高达七八千伏【来源：新民晚报】【教学安排】【新课导入】演示摩擦起电机的人造闪电（激发学生的兴趣），让学生分析原因。这是一种静电现象，我们不少同学觉得电既神秘又危险，对电存在很多错误的认识，甚至觉得带电就不能碰。其实不然，播放视频静电使长发飘起来。反之在某节目中主持人说电流电死人大约要1A左右，其实只要几个mA就能电死人了。所以作为现代生活在电器时代的我们更要好好学习电学。因为这不仅是常识，还是生存的能力。     人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载，但是人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后才逐渐开展起来的，到十九世纪才建立了完整的电磁理论。电磁学及其应用对人类的影响十分巨大，在电磁学研究基础上发展起来的电能生产和利用，是历史上的一次技术革命，是人类改造世界能力的飞跃，打开了电气化时代的大门。     工农业生产、交通、通讯、国防、科学研究和日常生活都离不开电。在当前出现的新技术中，起带头作用的是在电磁学研究基础上发展起来的微电子技术和电子计算机。它们被广泛应用于各种新技术领域，给人们的生产和生活带来了深刻的变化。为了正确地利用电，就必须懂得电的知识。在初中我们学过一些电的知识，现在再进一步较深入地学习。【新课内容】 (二) 研究两种电荷及摩擦起电的成因（主要是回顾初中的知识）1. 实验一：用橡胶棒与毛皮摩擦后，放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。提问一：为什么橡胶棒会吸引碎纸片答：橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了，带电物体会吸引轻小物体。若将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片，会出现什么现象答：毛皮带上正电，也会吸引轻小物体。教师用实验验证学生的判断。提问二：注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况，会发现被橡胶棒吸起的纸片中，较大的纸片先落下来，这是为什么答：带电体在空气中不断放电，使它带电量不断减少，因而吸引轻小物体的力也相应减小，所以较大纸片先落下来。师：在初中的学习中，我们已经知道，自然界存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。用毛皮摩擦橡胶棒，用丝绸摩擦有机玻璃棒后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，有机玻璃棒带正电，丝绸带负电。物体带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大，这种摩擦起电是怎么形成的呢答：物体是由带正电的原子核和核外电子构成的。摩擦使物体中的正负电荷分开。（不带电物体，正负电荷等量）失去一些电子的物体带正电。得到一些电子的物体带负电。师：对，我们可以看到这又是一个守恒的过程。即：电荷守恒：电荷不能创造，不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。反之，如果正电荷和负电荷相接触呢答：会中和。电量消失。师：很好，中和就是等量异种电荷相互抵消的现象。师：电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们电量的绝对值相等，一个电子电量e=1.6×1019C。任何带电物体所带电量要么等于电子（或质子）电量，要么是它们的整数倍，因此，把1.6×1019C称为基元电荷。板书：一、电荷与电量1、自然界只存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。2、电荷守恒：电荷不能创造，不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。3、电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。带电体的电量q=Ne（N为整数）。e=1.6×1019C称为基元电荷。(三) 研究两种电荷间的相互作用及接触起电。提问三：除了吸引轻小物体外，还可以用什么方法来检验物体是否带电答：用验电器。将待检验物体接触验电器的金属球，若验电器的金属箔片张开，就说明物体带电。师：为什么带电物体会使下方的金属箔片张开呢答：两箔片带上了与接触物体同种的电荷，电荷间作用的规律是同种电荷相斥，异种电荷相吸。因而两箔片互相排斥。师：两箔片为什么会带上与接触物体同种的电荷能解释一下吗答：验电器的金属球与箔片都是金属，金属具有大量自由电子，带负电的物体接触金属球时，多余的电子彼此排斥，跑到了离金属球与箔片的表面上。而带正电的物体缺少电子，箔片上的电子将过来补充，导致箔片上也缺电子而带正电。师：所以用接触的办法得到的是与原物体同种的电荷。大家也可以用这样的方法来解释中和的现象。如果两个一模一样的金属物质相接触，它们的电荷就要平均分配到两个物体上去，即 （式中q含正负号）。例1：两个完全一样的绝缘金属球，A带电量Q，B带电量-2Q，将AB相触后分开，AB分别带多少电量（都是-Q/2） 例2：有三个完全一样的绝缘金属球，A带电量Q，BC均不带电，怎样能使B带上3Q/8的电量（先AC碰，然后BC碰，再AB碰）板书：二、电荷的相互作用： 同种电荷相斥，异种电荷相吸。三、起电方式：摩擦起电        接触起电        感应起电(四) 研究静电感应现象和感应起电提问：不用接触，能否用一个带电体A使另一个原本不带电的物体B带上电荷呢？实验方法一：使A带电，B、C端将出现感应电荷，把B、C分开，各自出现净电荷，从而带电。操作：利用起电机使绝缘金属球带电，从而产生电场，把感应电机靠近A摆放，且接触良好。将不带电验电球A先与B接触，再与验电器金属球D接触，如此反复，可见D金属箔张开。同样，可让A与C接触，再与E接触，反复几次，可见E金属箔也张开。由此可知B、C两端带电。此时，若将A上电荷放掉，让A与C接触后与D接触，反复几次，可见D金属箔张角变小，可见B、C两端电荷异号。板书并解释：四、静电感应（1）什么叫静电感应：将不带电的导体靠近带电体时，其自由电荷发生带电体电荷的作用下，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。分析实验：可根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A近端（B端）有与A异号的电荷，距A远端（C端）电荷与A同号。播放课件静电感应现象的微观解释实验方法二：如图所示，A带正电，若感应电机C端接地，问B、C端各带什么电荷（B端带负电荷，C端无净电荷）若此时断开 C与地的连线，B、C端带什么电荷（B端负电荷，C端无电荷）整个导体净余什么电荷（负电荷）若B端接地，整个导体净余什么电荷（负电荷）教师实验演示。（接地可用手接触来代替）归纳过程：将不带电导体B靠近带电体A；用手轻触B（随便哪一端）；将手移开；挪开A；B上带与A相反的电荷。注意：操作顺序不能反。关于手指触碰哪一端的问题，可参考学习手册P3/例例：学习手册P4/4：验电器早已带正电，现将一导体球移近验电器的小球，但不接触，在移动过程中箔片张角减小，则：（D）（可能带负电，也可能不带电）A  球P一定带正电   B   球P一定带负电   C 球P一定不带电       D 球P可能不带电  例：利用静电感应的知识解释带电体为什么会吸引轻小物体（提示：电荷作用力的大小还与远近有关，越近作用力越大。）(五) 静电的防护与利用（自学为主，课上阅读归纳）1. 利用1) 吸附功能；可用于除尘、喷涂等2)杀菌功能：处理种子，处理水，3)放电产生臭氧：强氧化剂，可杀菌2.防止危害放电导致火花，电击等危害 预防方法尽快导走静电（利用金属或潮湿的空气导电）                射线照射，使空气电离导电【课后作业】书P8/ 4、5  教材全练P1-2【课后反思】第一章第二节  静电力 库仑定律 （2课时）【教学目的】（1）知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。（2）了解两种电荷间的作用规律，掌握库仑定律的内容及其应用。【教学重点】掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定库仑定律【教学难点】真空中点电荷间作用力为一对相互作用力，遵从牛顿第三定律【教学媒体】1、 演示实验：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒、铝箔包好的草球、表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。2、 课件：库仑扭秤实验模拟动画。【教学安排】【新课导入】从上节课我们学习到同种电荷相吸引，异种电荷相排斥，这种静电荷之间的相互作用叫做静电力。力有大小、方向和作用点三要素，我们今天就来具体学习一下静电力的特点。【新课内容】1. 静电力的三要素的探究/点电荷模型图1（1） 静电力的作用点作用在电荷上，如果电荷相对于物体不能自由移动，则所有电荷受力的合力就是带电体的受力（可视为作用在物体的电荷中心上，怎么找电荷的中心呢如果形状规则的物体所带电荷又是均匀分布的话，电荷中心可看作在物体的几何中心上。如：右图1为一均匀带电的环性物体，其电荷可看集中在圆心处）（2） 静电力的方向沿着两电荷的连线。（3） 静电力的大小（电荷A对B与B对A的力等大反向，与所带电荷多少无关）i. 猜想：可能与哪些因素有关，说出猜测的理由（与电荷所带电量有关，电量越大，力越大，理由放电导致电量减小后，验电器的金箔张角减小说明斥力减小；也与电荷间的距离有关，带电物体靠近时才能吸引轻小物体，离的远时吸不起来）ii. 定性实验：如图2，先把表面光滑洁净的绝缘导体放在A处，然后把铝箔包好的草球系在丝线下，分别用丝绸摩擦过的玻璃棒给导体和草球带上正电，把草球先后挂在P1、P2、P3的位置，带电小球受到A 的作用力的大小可以通过丝线对竖直方向的偏角大小显示出来。观察实验发现带电小球在P1、P2、P3 各点受到的A的作用力依次减小；再增大丝线下端带电小球的电量，观察实验发现，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。教师总结：该实验说明了电荷之间的相互作用力大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，电量越大，距离越近，作用力就越大；反之电量越小，距离越远，作用力就越小。作用力的方向，可用同种电荷相斥，异种电荷相吸的规律确定。教师补充说明，考虑到带电体的受力是所带电荷受力的合力的问题，这个静电力大小其实还会与物体的体积、形状、电荷分布有关。因此，我们今天只研究一个简化的模型点电荷。（回顾：质点的概念，当物体的形状与两物体间的距离相比可以忽略的时候，可以忽略物体的形状和大小，将物体看做质点。）板书：1、当带电体的尺寸与它们之间的距离相比可以忽略的时候，可以将带电体看作点电荷。什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。iii. 如何设计实验来寻找关系式（方法控制变量）先要保持带电物体的电荷大小不变，改变其距离，探究静电力与距离的关系，然后再保持两物体间距不变，改变电量，探究静电力与电量大小的关系。问题1如何测量静电力的大小（可参考前面定性实验的方法，将带电体用细丝线吊起来，就可从偏角的大小和重力的大小计算出电场力的大小。）问题2如何改变电量（可反复用与A完全相同的不带电金属球来接触A，使A的电量不断减为原来的