高中物理人教版 (新課標)選修31 電荷及其守恒定律教學設計-教案下載-教習網(wǎng)

eq \(\s\up7(),\s\d5(全章教學設計))

全章教學內容分析

本章是高中物理電磁學的起始章節(jié)，可以說本章將學生引入另一個新的學習領域；本章教學是整個電磁學教學的基礎，對后續(xù)的電磁學的教學將產生深遠的影響。

《電場》章節(jié)的知識特點：(1)新概念多且抽象不易直接感知；(2)綜合性強、跨度大；(3)包含有豐富的物理思維方法。

課標要求

1．了解靜電現(xiàn)象及其在生活和生產中的應用。用原子結構和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象。

例1 了解存在可燃氣體的環(huán)境中防止靜電常采用的措施。

2．知道點電荷，體會科學研究中的理想模型方法。知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律。通過靜電力與萬有引力的對比，體會自然規(guī)律的多樣性與統(tǒng)一性。

3．了解靜電場，初步了解場是物質存在的形式之一。理解電場強度。會用電場線描述電場。

4．知道電勢能、電勢，理解電勢差。了解電勢差與電場強度的關系。

例2 分析物理學中常把無窮遠處和大地作為電勢零點的道理。

例3 觀察靜電偏轉，了解陰極射線管的構造，討論它的工作原理。

5．觀察常見電容器的構造，了解電容器的電容。舉例說明電容器在技術中的應用。

例4 使用閃光燈照相。查閱資料，了解電容器在照相機的閃光燈中的作用。

活動建議

1．通過查閱資料、閱讀說明書、觀察實物等方式，了解避雷針、靜電除塵器、靜電復印機、激光打印機等設施的基本原理，撰寫一篇科學報告。

2．收集資料，綜述靜電的危害和預防方法。

知識版塊及知識結構

靜電基本現(xiàn)象→電場力的性質和能的性質→電場對電場中的物質的作用(電場對電荷的作用、電場對導體的作用、電場對電介質的作用)

知識結構圖

學情分析

學生對電場知識類了解不多，初中教學中實驗不全；回憶總結初中靜電學知識參差不齊；學生正處在形象思維向抽象思維轉變的關鍵時期，部分學生存在抽象思維障礙，尤其是空間思維障礙；部分學生對電學知識不感興趣，存恐懼感。

教學要求與建議

1．加強演示實驗和生活經(jīng)驗在教學中的形象思維支撐，促進學生獲得正確的知識表象；

2．不失時機地、及時地進行宏觀和微觀的聯(lián)系，突出學生對電荷運動及電相互作用中的微觀機理理解；

3．強調靜電場的概念和研究方法是電磁學的基礎，注意物理概念的辨析，防止相似概念混淆；

4．突出對靜電場的認識過程，突出類比思維方法的應用，促進知識的有效建構；

5．加強與生活、技術、社會的聯(lián)系，加強力電知識綜合，提高大幅度遷移和應用知識的能力。

課時分配建議

1 電荷及其守恒定律

eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設計))

教學分析

本教時作為電學知識的引入和準備，在章節(jié)教學活動中有著一定的重要性。兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識在初中都已經(jīng)講過，本節(jié)重點是講述靜電感應現(xiàn)象。作為章節(jié)的起始教學，并不要求學生理解深奧的電磁學知識，重點安排在靜電學基礎部分復習上。發(fā)動學生盡可能多地參與討論，分清一些初中不實或有誤的觀點，為整個章節(jié)作好準備工作。

教學目標

1．通過對初中知識的復習知道自然界存在兩種電荷及其相互作用，知道電荷量的概念及其國際單位。

2．知道使物體帶電的三種方式：摩擦起電、感應帶電和接觸帶電，經(jīng)歷摩擦起電和感應起電的實驗過程，知道三種方式均不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開。

3．說出電荷守恒定律，能從物質微觀結構的角度認識電荷守恒。

4．知道元電荷的概念，知道電荷量不能連續(xù)變化。

5．通過對本節(jié)的學習體會從微觀的角度認識物體帶電的本質的方法。

教學重點難點

電荷守恒定律、利用電荷守恒定律分析解決摩擦起電和感應起電的相關問題。

在復習摩擦起電現(xiàn)象和講述靜電感應現(xiàn)象的基礎上，說明起電的過程是使物體中正負電荷分開的過程，進而說明電荷守恒定律。對庫侖定律式的應用時，可先介紹規(guī)則：用電荷量的絕對值代入進行計算，根據(jù)是同種還是異種電荷來判斷電荷間的相互作用是引力還是斥力。

教學方法與手段

以演示實驗為先導，引領學生在復習摩擦起電現(xiàn)象和講述靜電感應現(xiàn)象的基礎上，說明起電的過程是使物體中正負電荷分開的過程，進而說明電荷守恒定律。

合作學習為主，發(fā)動學生對三種起電方式展開討論，舉例說明生活中的靜電現(xiàn)象。

eq \(\s\up7(),\s\d5(課前準備))

教學媒體

絲綢，玻璃棒，毛皮，硬橡膠棒，絕緣金屬球，靜電感應導體，通草球，驗電器、靜電計。

多媒體課件、實物投影儀、視頻片斷。

知識準備

復習兩種電荷及其相互作用、摩擦起電、電荷量與元電荷的知識。

eq \(\s\up7(),\s\d5(教學過程))

導入新課

[事件1]

教學任務：創(chuàng)設情景，導入新課

師生活動：

情景導入，放映雷電現(xiàn)象的視頻片斷，PPT課件展示靜電現(xiàn)象的圖片。

引入新課：新的知識內容，新的學習起點。本章將學習靜電學，將從物質的微觀角度認識物體帶電的本質，電荷相互作用的基本規(guī)律，以及與靜止電荷相聯(lián)系的靜電場的基本性質。

【演示】

摩擦過的物體具有了吸引輕小物體的性質，這種現(xiàn)象叫摩擦起電，摩擦過的物體就帶了電。

學生回憶并說出初中所學的有關靜電知識，其他學生補充。

推進新課

[事件2]

教學任務：兩種電荷及其相互作用

師生活動：

【演示】

用絲綢摩擦過的玻璃棒之間相互排斥，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒之間也相互排斥，而玻璃棒和硬橡膠棒之間卻相互吸引。

觀察并討論：上述現(xiàn)象說明了什么問題？

可能出現(xiàn)的結果：絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶的電不一樣；同種電荷相排斥，不同種電荷相吸引等等。

結論：

自然界中存在兩種電荷：正電荷和負電荷。

把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用正數(shù)表示。把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負電荷，用負數(shù)表示。

電荷及其相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

交流討論：自然界中有沒有第三種電荷？怎見得沒有第三種電荷？

可能出現(xiàn)的觀點：電荷間的相互作用只有吸引或排斥兩種，沒有第三種作用(邏輯類)；人們沒有發(fā)現(xiàn)對上述兩種電荷都排斥或都吸引的電荷(事實類)；物質由帶正電的原子核和帶負電的核外電子構成，得到電子帶負電、失去電子帶正電(理論推理類)?！?br/>

對學生觀點給予激勵性評價。

學情預設：學生對自然界中的兩種電荷有了初步的認識，但對有沒有第三種電荷存在可能產生發(fā)散思維。

[事件3]

教學任務：理論探究摩擦起電的微觀原理

師生活動：

問題引導：相互摩擦為什么能夠使物體帶電？

思考并討論：從物質的微觀結構、原子的組成、原子核對內外層電子約束能力等方面討論摩擦起電的微觀原理。

參考解釋：物質都是由分子組成，而分子由原子組成，原子是由一個帶正電的原子核和一定數(shù)目的繞核運動的帶負電的電子組成。原子核所帶正電荷量的總數(shù)與核外所有電子的負電荷量總數(shù)是相等的，且正電荷、負電荷分布的中心(常稱電荷中心)重合。因而，在通常情況下，整個原子呈電中性(所謂不帶電)。當原子因某種原因(如摩擦、受熱、化學變化等)，而失去一個或幾個電子時，原子就顯為“帶正電”，獲得額外電子時，就顯為“帶負電”。所以，實質上物體的帶電過程就是電子的得失過程。比如用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的正電荷，實質上就是由于兩者摩擦，組成玻璃棒的原子上的若干電子轉移到絲綢上，使玻璃棒失去電子帶正電，而絲綢得到電子帶負電。

結論：摩擦起電的原因：不同物質的原子核束縛電子的能力不同。

實質：電子的轉移。

結果：兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷。

[事件4]

教學任務：實驗探究感應起電的微觀原理

師生活動：

靜電感應

實驗

取一對用絕緣柱支持的導體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的金屬箔是閉合的(如圖)。

把帶正電荷的球C移近導體A，金屬箔有什么變化？

先把A和B分開，然后移去C，金屬箔又有什么變化？

再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？

利用上面介紹的金屬結構的模型，解釋看到的現(xiàn)象。

【演示】

觀察與描述：學生觀察實驗，逐一描述實驗現(xiàn)象，其他學生補充和修正。

參考描述：把帶正電荷的球C移近彼此接觸的導體A、B可以看到A、B上的金屬箔都張開了，表示A、B都帶上了電荷。如果先把C移走，A和B上的金屬箔就會閉合。如果先把A和B分開，然后移開C，可以看到A和B上的金屬箔都保持張開；如果再讓A和B接觸，金屬箔就會閉合。

總結與歸納：學生歸納實驗結論，其他學生補充規(guī)定完善。

實驗結論：A和B分開后所帶的是異種等量的電荷，重新接觸后它們就不再帶電。

討論與交流：如何解釋上述實驗現(xiàn)象？

學生分組討論上述問題，總結結論分組匯報。

提示問題：

1．金屬導體的微觀結構？

2．什么叫自由電子，自由電子的運動有何特征？

3．帶電體靠近導體時，電荷間的相互作用會導致什么現(xiàn)象？

起電的本質原因：把帶電的球C移近金屬導體A和B時，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使導體上的自由電子被吸引過來，因此導體A和B帶上了等量的異種電荷。

靜電感應：把電荷移近不帶電的導體，可以使導體帶電的現(xiàn)象。利用靜電感應使物體帶電，叫做感應起電。

感應起電的本質：感應起電也不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開，是電荷從物體的一部分轉移到另一部分。

思維拓展：等量的正負電荷相遇，會發(fā)生什么現(xiàn)象？不等量的正負電荷相遇，又會發(fā)生什么現(xiàn)象？

中和：等量的正、負電荷相遇后電性消失的現(xiàn)象。

[事件5]

教學任務：歸納總結電荷守恒定律

師生活動

eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂訓練))

1．毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，這是因為( )

A．毛皮上的一些電子轉移到橡膠棒上了

B．毛皮上的一些正電荷轉移到了橡膠棒上了

C．橡膠棒上的一些電子轉移到了毛皮上了

D．橡膠棒上的一些正電荷轉移到毛皮上了

答案：A

結論：摩擦起電實質是電子從一個物體______到另一個物體上。得到電子帶______；失去電子帶______。

2．如圖所示，不帶電的枕形導體的A、B兩端各貼有一對金箔。當枕形導體的A端靠近一帶電導體C時( )

A．A端金箔張開，B端金箔閉合

B．用手觸摸枕形導體后，A端金箔仍張開，B端金箔閉合

C．用手觸摸枕形導體后，將手和C都移走，兩對金箔均張開

D．用手觸摸枕形導體前兩對金箔分別帶異種電荷，手和C都移走后兩對金箔帶同種電荷

答案：BCD

規(guī)律：近端感應______電荷，遠端感應______電荷；用手觸摸或將導體接地后，導走______端的電荷。

討論與交流：比較摩擦起電和靜電感應的區(qū)別。

分析：不同點：摩擦起電是電子從一個物體轉移到另一個物體

感應起電是電子從物體的一部分轉移到另一部分。

共同點：都使物體帶等量的異種電荷。起電的過程是使物體中正負電荷分開的過程。

3．兩個完全一樣的金屬小球A、B，其中A帶電為Q，B不帶電，將A與B接觸后再分開，則A、B球的帶電情況怎樣？

答案：A、B球接觸后再分開，帶同樣多的電荷。

接觸帶電：不帶電的物體和帶電體接觸后帶電。接觸帶電的實質是電荷從帶電體轉移到不帶電的物體上。

接觸帶電電荷分配原則：

■兩個帶有同種電荷的導體接觸，電荷會重新分配，若不受外界影響，兩個完全相同的帶電導體，接觸后再分開，二者將原來所帶電荷量的總和平均分配。

■兩個帶有異種電荷的導體，接觸后先發(fā)生正負電荷的中和，然后剩下的電荷量再進行電荷的重新分配；如果兩帶電體完全相同，則剩下的電荷平均分配。

思考與討論：通過剛才對三種起電方式本質的分析，思考滿足共同的規(guī)律是什么？

結論：無論是哪種起電方式，其本質都是使電荷發(fā)生轉移，造成局部正負電荷償均，并不是創(chuàng)造電荷。

電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，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。

另一種表述：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。

[事件6]

教學任務：自主學習電荷量、元電荷、比荷等概念。同桌互助檢驗學習效果。

師生活動

自主學習：閱讀課本，理解并記憶以下幾個物理概念：

電荷量：電荷的多少叫做電荷量。符號：Q或q。單位：庫侖。符號：C。

元電荷：電子所帶的電荷量，用e表示，e＝1.60×10－19 C。

注意：所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。最早由美國物理學家密立根測得。

比荷：電荷的電荷量q與其質量m的比值q/m，符號：C/kg

互助合作：同桌二人一問一答，檢驗以上概念的記憶效果，互換角色重復一遍。

做一做

驗電器

為了判斷物體是否帶電以及所帶電荷的種類和多少，從18世紀起，物理學研究者們經(jīng)常應用一種叫做驗電器的簡單裝置；玻璃瓶內有兩片金屬箔，用金屬絲掛在一條導體棒的下端，棒的上端通過瓶塞從瓶口伸出(如圖甲)。如果把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼，這樣的驗電器又叫靜電計(如圖乙)。

驗電器和靜電計

制作一個驗電器，并描述如何用驗電器檢測帶電體帶電的種類和相對數(shù)量。

注意觀察：是否只有當帶電體與導體棒的上端直接接觸時，金屬箔片才開始張開？解釋看到的現(xiàn)象。

思維拓展：如何有驗電器檢測帶電體帶電的種類和相對數(shù)量？

參考方法：先讓驗電器帶上電性已知的電荷，帶電體與驗電器金屬棒接觸，金屬箔片張角增大為同性電荷，張角減小或先閉合再張開，則為異性電荷。

當帶電體靠近驗電器上端金屬棒時，利用靜電感應規(guī)律可作出類似的判斷。

eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂小結))

[事件8]

教學任務：引導學生從知識、方法、情感三個側面小結本節(jié)課的學習活動。

這部分內容單獨作為一節(jié)，使學生認識到，人們對靜電現(xiàn)象的認識經(jīng)歷了一個漫長的過程；靜電現(xiàn)象的研究同樣突出了守恒的思想。

eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作業(yè)))

1．復習本節(jié)教材。

2．完成課本課后問題與練習。

eq \(\s\up7(),\s\d5(板書設計))

1 電荷及其守恒定律

一、兩種電荷及其相互作用

二、三種起電方式：

1．摩擦起電

2．感應起電

3．接觸帶電

結論：無論是哪種起電方式，其本質都是使電荷發(fā)生轉移，造成局部正負電荷分布不均，并不是創(chuàng)造電荷。

三、電荷守恒定律

1．內容：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，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。

2．另一種表述：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和保持不變。

四、電荷量、元電荷和比荷

1．電荷量：電荷的多少。單位：庫侖，符號：C

2．元電荷：電子所帶電荷量。e＝1.60×10－19 C

3．比荷：電荷的電荷量q與其質量m的比值q/m，符號：C/kg

eq \(\s\up7(),\s\d5(活動與探究))

課題：了解密立根實驗，了解各種微觀粒子的電荷量。

過程：上網(wǎng)查找資料，收集密立根實驗的有關信息，結合教材本章最后關于密立根實驗的介紹，了解實驗的基本原理。進而收集電子、質子、α粒子、各種離子等微觀粒子的電荷量?？梢栽谧灾餮芯康幕A上分小組進行交流，形成統(tǒng)一意見后，各小組派代表向全班同學匯報。

eq \(\s\up7(),\s\d5(設計說明))

本節(jié)課作為電磁學的開端，對后續(xù)的學習具有重要的影響。在教學中，引領學生走進電學、了解電學的基本現(xiàn)象和基本方法，激起對電現(xiàn)象的濃厚興趣，是本節(jié)教學的根本出發(fā)點。為達到上述目的，教學設計中讓學生盡量多地參與到課堂活動中來，充分調動眼、耳、口、手、腦等感官，靈活組合自主、探究、合作的學習方式，以豐富多彩的視頻、圖片、課件、實驗輔助教學，在趣味學習活動中穿插課堂訓練和檢測，貫徹了快樂學習的理念。

1 電荷及其守恒定律
1課時
2 庫侖定律
1課時
3 電場強度
2課時
4 電勢能和電勢
2課時
5 電勢差
1課時
6 電勢差與電場強度的關系
1課時
7 靜電現(xiàn)象的應用
1課時
8 電容器與電容
1課時
9 帶電粒子在電場中的運動
1課時

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