《電荷》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》必修課程必修3模塊中“靜電場”主題下的內容，課程標準要求為：“通過實驗，了解靜電現象。能用原子結構模型和電荷守恒的知識分析靜電現象。”《普通高中物理課程標準（2017年版）解讀》對該條目的解讀為：要求學生通過摩擦起電、感應起電、電荷之間的相互作用等實驗的觀察，了解靜電現象?；陟o電現象的實驗事實，用原子結構模型和電荷守恒知識建構物理模型解釋現象，培養(yǎng)學生基于事實證據進行科學推理的核心素養(yǎng)。
本節(jié)由電荷、靜電感應、電荷守恒定律和元電荷四部分組成，是本章后續(xù)學習的基礎知識。教材首先從摩擦起電入手，介紹自然界中存在正、負兩種電荷及其特性；然后介紹物質的微觀結構模型，解釋摩擦起電；接著介紹靜電感應，通過對摩擦起電和感應起電的分析，討論電荷在轉移過程中的守恒規(guī)律和電荷量的量子化特征。通過學生知識建構過程，引導學生經歷構建模型、解釋現象、猜想、歸納等過程，發(fā)展邏輯推理能力，強化守恒思想。
學生在初中初步了解電荷概念，具有一定的感性認識。在生活中，學生具有大量的摩擦起電生活經驗，例如冬季脫毛衣時看到電火花，用鑰匙開門被電擊等，這些經驗能幫助學生進一步學習摩擦起電的相關知識。經過必修一和必修二的學習，學生對物理中的守恒觀念有了更深的認識，這有助于學生理解電荷守恒，從物質微觀結構理解摩擦起電、感應起電的原理。從金屬結構微觀模型解釋靜電感應是本節(jié)課的難點，教學要設置好合理的問題梯度，引導學生建構模型分析。
1.學生分析摩擦起電和帶電體間相互作用實驗現象，知道自然界存在兩種電荷。知道電荷量的概念及其國際單位。
2.學生能用原子結構模型解釋摩擦起電的原因，觀察并分析靜電感應現象，進一步提高應用物理模型解釋現象的能力。
3.學生通過分析不同起電方式的本質得到電荷守恒定律，理解電荷守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。
4.學生知道元電荷概念，體會電荷量是不連續(xù)的。
教學重點：理解電荷守恒定律
教學難點：從物質微觀結構認識物體帶電的本質解釋三種起電的機理
教學方法：講授法、演示實驗法、啟發(fā)式教學、對話教學
問題導入：生活中遇見過靜電現象嗎？和全班同學分享你的經歷。
生1：冬季夜晚脫掉毛衣時會出現電火花。
生2：冬天用木梳子梳頭發(fā)時，頭發(fā)會被梳子吸引飛起來。
生3：圓珠筆在頭發(fā)上摩擦后，可以吸引起小紙片。
生4：冬季從外面回家，用鑰匙開門，會感受到電擊。
設計意圖：學生列舉親身經歷現象，引入新課，吸引學生注意力和對學習內容的好奇心。體現從生活走向物理，從物理走向社會的教學理念。
師：靜電現象廣泛存在于生活中，尤其在干燥的冬季較為明顯。人們對電現象的研究起始于生活中的大量這類現象，引發(fā)人們的好奇心。古人留下了大量關于靜電現象的記錄，從這些現象中逐步建立關于電的理論。
教師結合多媒體課件介紹我國古代和西方世界關于靜電現象的記錄和研究成果。
中國關于電現象的記錄
齊武帝永明8年會稽山陰保林寺遭雷擊“電火燒塔下佛面，而窗戶不異也”——《南齊書·五行志》
“雷火自窗間出，……其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅鋼，就刀室中熔為汁，而室亦儼然.” ——《夢溪筆談》
古希臘先賢泰勒斯(Thales)發(fā)現琥珀經摩擦后能吸引輕小物體，如紙屑、芥子等.
1.電荷
摩擦后的絕緣體具有吸引輕小物體的性質，稱物體帶電。美國科學家富蘭克林通過實驗發(fā)現有兩種性質不同的電，將其命名為正電荷和負電荷。自然界的電荷只有兩種。
電荷量(Q或q)：帶電體所帶電荷的數量 單位：庫 符號 C
問題：如何使不帶電的物體帶電？
摩擦起電
演示實驗1

摩擦后的氣球吸引肥皂泡 塑料環(huán)和氣球相互排斥
問題1：摩擦后的兩個物體分別帶什么電荷？電荷量相等嗎？
問題2：摩擦起電的實質是什么？
教師播放摩擦起點仿真課件，學生觀看課件，思考問題。
氣球和摩擦起電
師：摩擦是如何使毛衣和氣球帶電的？它們分別帶什么電荷？
生：毛衣上的電子轉移到氣球上面。毛衣失去電子，帶正電，氣球得到電子，帶正電。
師：毛衣和氣球所帶電荷量的絕對值相等嗎？
（部分同學猶豫，部分同學認為電荷量絕對值相等）
生1：我認為毛衣帶的正電荷和氣球帶的負電荷電荷量相等。
師：你的理由是什么？
生1：毛衣失去電子的數量等于氣球得到電子的數目。
歸納總結：摩擦起電的實質是電子物體間的轉移。
問題3：摩擦起電的物體是絕緣物質還是導體？
問題4：導體經摩擦后能帶電嗎？能吸引輕小物體嗎？
課外實驗：學生在家庭中自行實驗，利用干毛巾摩擦鐵片物體，用碎紙屑作為輕小物體，用智能手機記錄下實驗過程。和全班同學分享實驗過程和實驗結果。
問題：除了摩擦使物體帶電，還有哪些使物體帶電的方法？
2.靜電感應
師生閱讀教材“做一做”驗電器和靜電計部分，了解驗電器和靜電計如何檢驗物體是否帶電。
演示實驗2
教師播放感應起電實驗視頻
實驗過程與現象
①將兩個枕形導體分別與靜電計接觸，指針不偏轉，兩個枕形導體均不帶電。
②用絲綢摩擦玻璃棒，使玻璃棒帶正電。
③將兩個枕形導體接觸，玻璃棒靠近枕形導體A。移動枕形導體A，使枕形導體A和B分離。
④將枕形導體B與靜電計接觸，指針偏轉，說明枕形導體B帶電。用手觸摸靜電計上方金屬球，接地。將枕形導體A與靜電計接觸，指針偏轉，說明枕形導體A帶電。
⑤將帶正電的玻璃棒靠近被絕緣線懸掛的通草球，通草球被玻璃棒吸引，二者接觸，通草球帶正電荷。
⑥將枕形導體A靠近通草球，細線偏向枕形導體A；將枕形導體B靠近通草球，細線偏離枕形導體B。
通草球帶正電 通草球被吸引 通草球被排斥
問題1：枕形導體A、B分別帶哪種電荷？你是如何判斷的？
問題2：枕形導體A、B原來不帶電，后來是如何帶上異種電荷的？金屬在微觀上的構造有何特點？
教師結合PPT介紹結束微觀結構模型。
金屬由帶正電的離子實和大量自由電子構成。離子實固定不動，自由電子在整個金屬導體內部運動。
問題3：根據金屬微觀結構模型，你能描述感應起電的過程嗎？
生1：將帶正電的玻璃棒靠近枕形導體，正電荷對負電荷有吸引力作用，使得負電荷移動。
師：正電荷在哪里？負電荷是指什么？負電荷在哪里？
生1：玻璃棒帶正電，玻璃棒上的正電荷對枕形導體上的自由電子有吸引力作用，使得自由電子向玻璃棒靠近。
師：導體內部的正電荷（離子實）受玻璃棒的排斥力嗎？
生1：受排斥力。
師：離子實是否會運動，遠離玻璃棒？
生1：……（不確定，無法回答）。
師：回想下金屬微觀結構模型離子實的特點。
生1：離子實受束縛作用，離子實不動。
師：回答得很正確。離子實也會受到玻璃棒正電荷的排斥力，但離子實還受到其他束縛作用，離子實可以認為固定不動。
師：電子靠近玻璃棒，枕形導體A聚集大量的自由電子，帶負電；而枕形導體B由于自由電子運動到A上去，失去電子，枕形導體B上的正電荷多于負電荷，枕形導體B帶正電。請大家觀看感應起電模擬動畫。
問題4：感應起電的實質是什么？(自由電子在導體上發(fā)生定向移動)
接觸起電：將帶電導體與不帶電的另一導體相接觸，接觸后兩個導體都帶電.
特別地，將帶電量為Q的金屬球與兩一完全相同的金屬球接觸，二者均帶Q/2的電量.
播放接觸起電PPT模擬動畫：
問題：接觸起電的實質是什么？
思考與討論：三種起電方式，創(chuàng)造出新的電荷了嗎？起電過程總電荷量是否變化？
3.電荷守恒定律
電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移過程中，電荷的總量保持不變.
4.元電荷
元電荷：最小的帶電量 e=1.60×10-19C
帶電體的帶電量是元電荷的整數倍。
比荷：電荷量和質量的比值。
本節(jié)課：
1.你有哪些收獲？學習了哪些知識？
2.關于本節(jié)課，你產生了哪些困惑和問題？
作業(yè)：閱讀教材，完成課后問題與練習；預習第二節(jié) 庫侖定律
§ 1 電荷
一、電荷
正電荷和負電荷
摩擦起電 實質：電子在物體間轉移
二、靜電感應
感應起電 實質：電子定向移動
接觸起電 實質：電子在物體間轉移
三、電荷守恒定律
內容
四、元電荷
元電荷：最小的電荷量 e=1.60×10-19C
比荷 eq \f(q,m)
關于感應起電演示實驗，教師最好當堂演示，應認真準備演示實驗工作。演示實驗，應提示學生觀察實驗操作過程，注意實驗現象，注重對結論的得出應建立在嚴格的邏輯推理之上，言之有據。
在學習金屬微觀結構模型后，應讓學生表達對感應起電過程理解，注意學生語言表述的準確性、通暢性，邏輯推理的嚴密性。學生的表達能力是學生的弱項，多創(chuàng)造機會讓學生表達觀點。在學生發(fā)言時，班級其余同學應保持安靜，認真聆聽發(fā)言者的觀點。這應作為一項教學紀律嚴格要求，創(chuàng)造良好的對話教學環(huán)境。對于學生表達含糊之處，教師應進一步追問，詢問學生所說內容的準確含義。

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1 電荷

版本： 人教版 (2019)

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