《電荷及其守恒定律》導(dǎo)學(xué)案

1、進(jìn)入冬季后,各地長(zhǎng)期晴朗無(wú)雨,多次降溫又造成干冷天氣,不少市民在工作、生活中經(jīng)常受到靜電的困擾。記者隨機(jī)采訪(fǎng)20個(gè)讀者、網(wǎng)友,有八成人表示今冬已不止一次感受到靜電:臨睡前脫毛衣、開(kāi)啟汽車(chē)門(mén)、抓公交車(chē)扶手似乎“危機(jī)四伏”。課時(shí)1.1電荷及其守恒定律1.知道自然界存在兩種電荷,并且只存在兩種電荷。知道同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。2.經(jīng)歷摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,了解使物體帶電的方法,能從物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì)。3.理解電荷守恒定律。4.知道電荷量的概念及其國(guó)際單位。5.關(guān)注存在元電荷的事實(shí),知道元電荷的概念,知道電荷量不能連續(xù)變化。1.電荷(1)電荷是物質(zhì)的一種屬性,自然

2、界中有兩種電荷,物理學(xué)中規(guī)定,用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷叫作正電荷;用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶的電荷叫作負(fù)電荷。(2)電荷之間存在相互作用,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。(3)原子核的正電荷數(shù)量與核外電子的負(fù)電荷數(shù)量一樣多,所以整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)的位置表現(xiàn)為電中性。 (4)電荷的多少叫電荷量。在國(guó)際單位制中,它的單位是庫(kù)侖,簡(jiǎn)稱(chēng)庫(kù),用符號(hào)C表示。 (5)元電荷:科學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量,人們把這個(gè)最小的電荷量叫作元電荷,一般用e表示,通常取e=1.60×10-19C。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),所有帶電體的電荷量都是一個(gè)最小量的整數(shù)倍,這就是說(shuō)電荷量

3、是不能連續(xù)變化的物理量。2.常見(jiàn)的起電方法(1)摩擦起電:通過(guò)摩擦使物體帶電的方法叫摩擦起電。當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦的時(shí)候,一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,于是原來(lái)電中性的物體由于得到多余的電子而帶負(fù)電,失去了部分電子的物體則帶正電。 (2)感應(yīng)起電:當(dāng)一個(gè)帶電的物體靠近一個(gè)導(dǎo)體時(shí),由于電荷間的相互吸引或排斥,導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶與帶電體異號(hào)的電荷,遠(yuǎn)離帶電體的一端帶與帶電體同號(hào)的電荷。物理學(xué)中把這種現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。3.電荷守恒定律(1)電荷既不能創(chuàng)生,也不會(huì)消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到

4、另一個(gè)部分,在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,電荷的總量保持不變。(2)近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在一定的條件下,帶電粒子可以產(chǎn)生和湮滅。因此,電荷守恒定律現(xiàn)在的表述是一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變。主題1:探究電荷閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)物質(zhì)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)是怎樣的?為什么教材中說(shuō)整個(gè)原子只有對(duì)外界“較遠(yuǎn)”位置才表現(xiàn)為電中性?(2)與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶正電的原因是什么?有人說(shuō)玻璃棒與任何物質(zhì)摩擦都會(huì)帶正電,你認(rèn)為這種說(shuō)法對(duì)么?主題2:實(shí)驗(yàn)感應(yīng)起電閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容,完成“感應(yīng)起電”實(shí)驗(yàn),回答下列問(wèn)題。(1)當(dāng)帶正電的玻璃棒靠近A端時(shí),為什么A、B兩端的箔片都張開(kāi)了?當(dāng)移開(kāi)帶電玻璃棒后

5、,為什么箔片又都閉合了?(2)先分開(kāi)A、B,再移開(kāi)帶電玻璃棒,兩端的箔片有什么變化?這又是什么原因?主題3:電荷守恒定律(1)聯(lián)系摩擦起電、靜電感應(yīng)起電、接觸起電實(shí)驗(yàn)過(guò)程,分析三種起電方式有什么區(qū)別,物體帶電的本質(zhì)是什么。(2)閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容,寫(xiě)出電荷守恒定律的兩種表述形式。(3)電中性物體中有無(wú)電荷存在?所謂“電荷的中和”是不是正負(fù)電荷一起消失了?對(duì)于“電荷的總量保持不變”中的“電荷的總量”你是怎么理解的?主題4:元電荷請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)什么叫電荷量?它的單位是什么?(2)為什么任何帶電體所帶電荷量都是不連續(xù)的?(3)如何理解元電荷?什么是比荷?電子的比荷是

6、多少?1.電視機(jī)的玻璃光屏表面經(jīng)常有許多灰塵,這主要是因?yàn)?)。A.這是灰塵的自然堆積B.玻璃有極強(qiáng)的吸附灰塵的能力C.電視機(jī)工作時(shí),屏表面溫度較高而吸附灰塵D.電視機(jī)工作時(shí),屏表面有靜電而吸附灰塵2.一帶負(fù)電金屬小球被放在潮濕的空氣中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)該小球上帶有的負(fù)電荷幾乎不存在了。這說(shuō)明()。A.小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了B.在此現(xiàn)象中,電荷不守恒C.小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了D.該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的,仍然遵循電荷守恒定律3.如圖所示,掛在絕緣細(xì)線(xiàn)下的輕質(zhì)金屬小球,由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離,由此可判斷()。A.甲圖中兩球一定帶異種電荷B.乙圖中

7、兩球一定帶同種電荷C.甲圖中兩球至少有一個(gè)帶電D.乙圖中兩球至少有一個(gè)帶電4.下列敘述正確的是()。A.感應(yīng)起電是創(chuàng)造電荷的過(guò)程B.接觸起電是電荷轉(zhuǎn)移的過(guò)程C.橡膠棒無(wú)論和什么物體摩擦都會(huì)帶負(fù)電D.帶等量異號(hào)電荷的兩個(gè)導(dǎo)體接觸后,電荷會(huì)消失拓展一、接觸帶電中電荷分配原則的應(yīng)用1.有兩個(gè)完全相同的帶電金屬小球A、B,分別帶有電荷量QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,讓兩金屬小球接觸,在接觸的過(guò)程中,電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少?拓展二、對(duì)感應(yīng)起電的理解及帶電情況的判斷2.如圖所示,A、B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導(dǎo)體,起初它們不帶電,在它們的下部貼有金

8、屬驗(yàn)電箔片,C是帶正電的小球,下列說(shuō)法正確的是()。A.把C移近導(dǎo)體A時(shí),A、B上的金屬箔片都張開(kāi)B.把C移近導(dǎo)體A,先把A、B分開(kāi),然后移去C,A、B上的金屬箔片仍張開(kāi)C.把C移近導(dǎo)體A,先把C移走,再把A、B分開(kāi),A、B上的金屬箔片仍張開(kāi)D. 把C移近導(dǎo)體A,先把A、B分開(kāi),再把C移去,然后重新讓A、B接觸,A上的金屬箔片張開(kāi),而B(niǎo)上的金屬箔片已閉合電荷及其守恒定律課時(shí)1.2庫(kù) 侖 定 律 1.掌握庫(kù)侖定律,要求知道點(diǎn)電荷的概念,理解庫(kù)侖定律的含義及其表達(dá)公式,知道靜電力常量。2.會(huì)用庫(kù)侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。3.知道庫(kù)侖扭秤的實(shí)驗(yàn)原理。1.探究實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)表明,電荷之間的作用力隨電荷量

9、的增大而增大,隨電荷間距離的增大而減小。2.庫(kù)侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們間的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線(xiàn)上。(2)表達(dá)式:F=。公式中的k叫作靜電力常量,其數(shù)值是k=9.0×109 N·m2/C2。 (3)適用條件:a.在真空環(huán)境中;b.靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用。3.點(diǎn)電荷當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí),這樣的帶電體就可以看作點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷是一種理想化模型,實(shí)際上并不存在。4.庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)(1)庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)

10、是通過(guò)金屬絲扭轉(zhuǎn)角度比較靜電力F的大小的,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的平方成反比。(2)庫(kù)侖在實(shí)驗(yàn)中為研究靜電力F與q的關(guān)系,由于當(dāng)時(shí)無(wú)法測(cè)量物體所帶電荷量,于是采用這樣的方法:用兩個(gè)相同的金屬小球,如果一個(gè)帶電(設(shè)電荷量為q),一個(gè)不帶電,相互接觸后它們所帶電荷量就均為,利用這兩個(gè)金屬小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn);讓一個(gè)小球的電荷全部轉(zhuǎn)移掉(即不帶電),再與另一個(gè)帶電小球接觸,它們所帶的電荷量就均為,利用這兩個(gè)金屬小球再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與q1和q2的乘積成正比。 主題1:探究影響電荷間相互作用力的因素(重點(diǎn)探究)閱讀教材中“演示”的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)在探究影響電荷間相互作用力因

11、素的實(shí)驗(yàn)中,電荷間相互作用力的大小與懸線(xiàn)偏離豎直方向的夾角大小有什么關(guān)系?(2)在電荷量不變的情況下,探究電荷間作用力與電荷間距離的關(guān)系,應(yīng)怎樣操作實(shí)驗(yàn)?結(jié)論是什么?(3)在電荷間距離不變的情況下,探究電荷間作用力與電荷量的關(guān)系,應(yīng)怎樣操作實(shí)驗(yàn)?結(jié)論是什么?主題2:與庫(kù)侖一起探究閱讀教材中“庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)”標(biāo)題下的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)兩點(diǎn)電荷之間的作用力非常小,在當(dāng)時(shí)沒(méi)有足夠精密的測(cè)量?jī)x器的情況下,庫(kù)侖是如何實(shí)現(xiàn)測(cè)量的?(2)當(dāng)時(shí)連電荷量的單位都沒(méi)有,庫(kù)侖是如何比較電荷的多少的?主題3:對(duì)庫(kù)侖定律的理解閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)什么是點(diǎn)電荷?現(xiàn)實(shí)中存在點(diǎn)電荷嗎?(2)有人根據(jù)

12、公式F=k推出當(dāng)r0時(shí)F,你認(rèn)為正確嗎,為什么?(3)有人從計(jì)算質(zhì)量分布均勻的球體之間的萬(wàn)有引力得到啟發(fā),認(rèn)為均勻的帶電金屬球,不論距離遠(yuǎn)近都可以看作點(diǎn)電荷,可以將球心間距代入公式F=k計(jì)算兩球之間的庫(kù)侖力,你認(rèn)為正確嗎?請(qǐng)分析原因。 1.下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法正確的是()。A.點(diǎn)電荷就是體積很小的帶電體B.形狀不規(guī)則的帶電體是不能被看作點(diǎn)電荷的C.只有電荷量很小的帶電體才能被看作點(diǎn)電荷D.公式F=k只能用來(lái)計(jì)算點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力2.對(duì)于庫(kù)侖定律的理解正確的是()。A.庫(kù)侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷B.當(dāng)半徑為r的兩帶電小球相距為r時(shí),可用庫(kù)侖定律計(jì)算它們間的靜電力C.在干燥空氣中的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的

13、靜電力可用庫(kù)侖定律計(jì)算D.相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷,不論它們的電荷量是否相同,它們各自所受的庫(kù)侖力大小一定相等3.兩個(gè)分別帶有電荷量-Q和+3Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷),固定在相距為r的兩處,它們間庫(kù)侖力的大小為F。兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?則兩球間庫(kù)侖力的大小為()。A.FB.FC.FD.12F4.下列各圖中A球系在絕緣細(xì)線(xiàn)的下端,B球固定在絕緣平面上,它們帶電的種類(lèi)以及位置已在圖中標(biāo)出。A球能保持靜止的是()。拓展一、庫(kù)侖定律的理解與應(yīng)用1.真空中有兩個(gè)完全相同的金屬小球,A球帶qA=6.4×10-16 C的正電荷,B球帶qB=-3.2×10-16 C的負(fù)電

14、荷,均可視為點(diǎn)電荷。(1)當(dāng)它們相距為0.5 m時(shí),A、B間的庫(kù)侖力為多大?(2)若將兩球接觸后再分別放回原處,A、B間的庫(kù)侖力又為多大?拓展二、電荷(帶電體)在庫(kù)侖力作用下平衡2.如圖所示,q1、q2、q3分別表示在一條直線(xiàn)上的三個(gè)點(diǎn)電荷,已知q1與q2之間的距離為l1, q2與q3之間的距離為l2,且三個(gè)電荷都處于平衡狀態(tài)。(1)若q2為正電荷,則q1為電荷, q3為電荷。 (2) q1、q2 、q3三者電荷量大小之比是。 庫(kù)侖定律課時(shí)1.3電 場(chǎng) 強(qiáng) 度1.知道電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。知道場(chǎng)與實(shí)物是物質(zhì)存在的兩種不同性質(zhì)。2.理解電場(chǎng)強(qiáng)度的定義、單位、方向。

15、體會(huì)用比值法定義物理量的方法。3.能推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式,并能使用公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。4.知道電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理,并能應(yīng)用這個(gè)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和計(jì)算。5.知道電場(chǎng)線(xiàn)的定義和特點(diǎn),會(huì)用電場(chǎng)線(xiàn)分析、描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,知道幾種特殊電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)的分布特征。1.電場(chǎng)(1)帶電體周?chē)嬖谝环N物質(zhì),這種物質(zhì)是電場(chǎng),電荷間的相互作用就是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的,它是一種看不見(jiàn)的客觀(guān)存在的物質(zhì),它具有力和能的特性。(2)電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用。2.電場(chǎng)強(qiáng)度(1)引入電場(chǎng)強(qiáng)度的目的是描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱,它所描述的是放入電場(chǎng)中的電荷所受力的性質(zhì);放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受的靜電力與電荷量的比值,

16、叫電場(chǎng)強(qiáng)度。(2)電場(chǎng)強(qiáng)度定義式為,電場(chǎng)強(qiáng)度的單位為牛頓/庫(kù)侖或N/C。 (3)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量,規(guī)定電場(chǎng)強(qiáng)度方向與正(填“正”或“負(fù)”)電荷在該點(diǎn)所受到的靜電力的方向相同。 (4)電場(chǎng)的疊加:在同一空間,如果有幾個(gè)靜止電荷同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng),那么空間某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是各電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。合場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算應(yīng)遵守平行四邊形定則。3.電場(chǎng)線(xiàn)(1)為了直觀(guān)地描述電場(chǎng),英國(guó)物理學(xué)家法拉第(填人名)提出了用電場(chǎng)線(xiàn)描述電場(chǎng)的方法。(2)電場(chǎng)線(xiàn):就是在電場(chǎng)中畫(huà)出一些有方向的曲線(xiàn),在這些曲線(xiàn)上,每一點(diǎn)的切線(xiàn)方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。電場(chǎng)線(xiàn)的疏密程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。電場(chǎng)線(xiàn)并不是實(shí)

17、際存在的,它只是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的一種假想的曲線(xiàn)。(3)勻強(qiáng)電場(chǎng):場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向都相同的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng)。勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)是一簇等間距的平行直線(xiàn)。主題1:電場(chǎng)閱讀教材中“電場(chǎng)”部分的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)法拉第是在什么情況下提出“電場(chǎng)”概念的?(2)變化的電磁場(chǎng)具有什么性質(zhì)使我們說(shuō)它具有物質(zhì)性?主題2:電場(chǎng)強(qiáng)度(重點(diǎn)探究)閱讀教材中“電場(chǎng)強(qiáng)度”部分的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中,帶電金屬球A通過(guò)什么對(duì)帶電小球發(fā)生庫(kù)侖力作用?把同一個(gè)帶電小球分別掛在P1、P2、P3處時(shí),發(fā)現(xiàn)受力的大小不同,這說(shuō)明什么? (2)為什么實(shí)驗(yàn)中使用的試探電荷的電荷量和尺寸都必須足夠小?(3

18、)如果圖中的帶電金屬球A可以看作點(diǎn)電荷,且它所帶電荷量為Q,那么在離A球距離為r 的位置依次放置點(diǎn)電荷q1、2q1、3q1其所受到的庫(kù)侖力分別是多少?(4)為什么定義電場(chǎng)強(qiáng)度E=,卻又說(shuō)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E與放在該處的試探電荷的電荷量q及其受到的靜電力F無(wú)關(guān)?主題3:點(diǎn)電荷的電場(chǎng)與電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加設(shè)一個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量為+Q,在與之相距為r的A點(diǎn)放一試探電荷,其所帶電荷量為+q,如圖所示。(1)試?yán)秒妶?chǎng)強(qiáng)度定義及庫(kù)侖定律推導(dǎo)A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小,并確定A點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向。(2)在點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小由哪些因素決定?(3)如果空間中有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在,那么該如何確定某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度?它遵循

19、什么原則?主題4:電場(chǎng)線(xiàn)閱讀教材“電場(chǎng)線(xiàn)”標(biāo)題下面的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)電場(chǎng)線(xiàn)是如何表示電場(chǎng)方向的?(2)電場(chǎng)線(xiàn)能不能相交?(3)電場(chǎng)線(xiàn)是如何表示電場(chǎng)強(qiáng)弱的?1.由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式E=可知,在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)()。A.電場(chǎng)強(qiáng)度E跟F成正比,跟q成反比B.無(wú)論試探電荷所帶的電荷量如何變化,始終不變C.電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零,則在該點(diǎn)的電荷受到的靜電力一定為零D.一個(gè)不帶電的小球在P點(diǎn)受到的靜電力為零,則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定為零2.一個(gè)試探電荷q在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力為F,該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,下面四幅圖中能正確反映q、E、F三者關(guān)系的是()。3.如圖所示,a、b兩點(diǎn)為負(fù)點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中以Q為圓心的同一圓周上的兩點(diǎn),a、c兩點(diǎn)為同一條電場(chǎng)線(xiàn)上的兩點(diǎn),以下說(shuō)法中正確的是()。A.a、b兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等B.同一試探電荷在a、b兩點(diǎn)所受靜電力相同C.a、c兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系為Ea>EcD.a、c