《電荷及其守恒定律》導學案

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1、進入冬季后,各地長期晴朗無雨,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。記者隨機采訪20個讀者、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、開啟汽車門、抓公交車扶手似乎“危機四伏”。課時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)起電的實驗過程,了解使物體帶電的方法,能從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認識物體帶電的本質(zhì)。3.理解電荷守恒定律。4.知道電荷量的概念及其國際單位。5.關(guān)注存在元電荷的事實,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,物理學中規(guī)定,用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫作正電荷;用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫作負電荷。(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)量與核外電子的負電荷數(shù)量一樣多,所以整個原子對外界較遠的位置表現(xiàn)為電中性。(4)電荷的多少叫電荷量。在國際單位制中,它的單位是庫侖,簡稱庫,用符號C表示。(5)元電荷:科學實驗中發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量,人們把這個最小的電荷量叫作元電荷,一般用e表示,通常取e=1.6010-19C。實驗還發(fā)現(xiàn),所有帶電體的電荷量都是一個最小量的整數(shù)倍,這就是說電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。2.常見的起

3、電方法(1)摩擦起電:通過摩擦使物體帶電的方法叫摩擦起電。當兩個物體相互摩擦的時候,一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,于是原來電中性的物體由于得到多余的電子而帶負電,失去了部分電子的物體則帶正電。(2)感應(yīng)起電:當一個帶電的物體靠近一個導體時,由于電荷間的相互吸引或排斥,導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體,使導體靠近帶電體的一端帶與帶電體異號的電荷,遠離帶電體的一端帶與帶電體同號的電荷。物理學中把這種現(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,也不會消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或者從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到另一個部分,在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量保持不變。

4、(2)近代物理實驗發(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)在的表述是一個與外界沒有電荷交換的系統(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,回答下列問題。(1)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的?為什么教材中說整個原子只有對外界“較遠”位置才表現(xiàn)為電中性?(2)與絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電的原因是什么?有人說玻璃棒與任何物質(zhì)摩擦都會帶正電,你認為這種說法對么?主題2:實驗感應(yīng)起電閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容,完成“感應(yīng)起電”實驗,回答下列問題。(1)當帶正電的玻璃棒靠近A端時,為什么A、B兩端的箔片都張開了?當移開帶電玻璃棒后,為什么箔片又都閉合了?(2)先分開A、B,再移

5、開帶電玻璃棒,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、接觸起電實驗過程,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,寫出電荷守恒定律的兩種表述形式。(3)電中性物體中有無電荷存在?所謂“電荷的中和”是不是正負電荷一起消失了?對于“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:元電荷請同學們閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容,回答下列問題。(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?電子的比荷是多少?1.電視機的玻璃光屏表面經(jīng)常有許多灰塵,這

6、主要是因為()。A.這是灰塵的自然堆積B.玻璃有極強的吸附灰塵的能力C.電視機工作時,屏表面溫度較高而吸附灰塵D.電視機工作時,屏表面有靜電而吸附灰塵2.一帶負電金屬小球被放在潮濕的空氣中,經(jīng)過一段時間后,發(fā)現(xiàn)該小球上帶有的負電荷幾乎不存在了。這說明()。A.小球上原有的負電荷逐漸消失了B.在此現(xiàn)象中,電荷不守恒C.小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導走了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,掛在絕緣細線下的輕質(zhì)金屬小球,由于電荷的相互作用而靠近或遠離,由此可判斷()。A.甲圖中兩球一定帶異種電荷B.乙圖中兩球一定帶同種電荷C.甲圖中兩球至少有一個帶電D

7、.乙圖中兩球至少有一個帶電4.下列敘述正確的是()。A.感應(yīng)起電是創(chuàng)造電荷的過程B.接觸起電是電荷轉(zhuǎn)移的過程C.橡膠棒無論和什么物體摩擦都會帶負電D.帶等量異號電荷的兩個導體接觸后,電荷會消失拓展一、接觸帶電中電荷分配原則的應(yīng)用1.有兩個完全相同的帶電金屬小球A、B,分別帶有電荷量QA=6.410-9 C,QB=-3.210-9 C,讓兩金屬小球接觸,在接觸的過程中,電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少?拓展二、對感應(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體,起初它們不帶電,在它們的下部貼有金屬驗電箔片,C是帶正電的小球,下列說法正確的是()。A.把C移近導體A時

8、,A、B上的金屬箔片都張開B.把C移近導體A,先把A、B分開,然后移去C,A、B上的金屬箔片仍張開C.把C移近導體A,先把C移走,再把A、B分開,A、B上的金屬箔片仍張開D. 把C移近導體A,先把A、B分開,再把C移去,然后重新讓A、B接觸,A上的金屬箔片張開,而B上的金屬箔片已閉合電荷及其守恒定律課時1.2庫 侖 定 律 1.掌握庫侖定律,要求知道點電荷的概念,理解庫侖定律的含義及其表達公式,知道靜電力常量。2.會用庫侖定律的公式進行有關(guān)的計算。3.知道庫侖扭秤的實驗原理。1.探究實驗:實驗表明,電荷之間的作用力隨電荷量的增大而增大,隨電荷間距離的增大而減小。2.庫侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩

9、個靜止點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上。(2)表達式:F=。公式中的k叫作靜電力常量,其數(shù)值是k=9.0109 Nm2/C2。(3)適用條件:a.在真空環(huán)境中;b.靜止的點電荷之間的相互作用。3.點電荷當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它們之間的作用力的影響可以忽略時,這樣的帶電體就可以看作點電荷。點電荷是一種理想化模型,實際上并不存在。4.庫侖扭秤實驗(1)庫侖扭秤實驗是通過金屬絲扭轉(zhuǎn)角度比較靜電力F的大小的,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的平方成反比。(2)庫侖在實驗中為研究

10、靜電力F與q的關(guān)系,由于當時無法測量物體所帶電荷量,于是采用這樣的方法:用兩個相同的金屬小球,如果一個帶電(設(shè)電荷量為q),一個不帶電,相互接觸后它們所帶電荷量就均為,利用這兩個金屬小球進行實驗;讓一個小球的電荷全部轉(zhuǎn)移掉(即不帶電),再與另一個帶電小球接觸,它們所帶的電荷量就均為,利用這兩個金屬小球再進行實驗,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(重點探究)閱讀教材中“演示”的內(nèi)容,回答下列問題。(1)在探究影響電荷間相互作用力因素的實驗中,電荷間相互作用力的大小與懸線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

11、電荷間距離的關(guān)系,應(yīng)怎樣操作實驗?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)怎樣操作實驗?結(jié)論是什么?主題2:與庫侖一起探究閱讀教材中“庫侖的實驗”標題下的內(nèi)容,回答下列問題。(1)兩點電荷之間的作用力非常小,在當時沒有足夠精密的測量儀器的情況下,庫侖是如何實現(xiàn)測量的?(2)當時連電荷量的單位都沒有,庫侖是如何比較電荷的多少的?主題3:對庫侖定律的理解閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,回答下列問題。(1)什么是點電荷?現(xiàn)實中存在點電荷嗎?(2)有人根據(jù)公式F=k推出當r0時F,你認為正確嗎,為什么?(3)有人從計算質(zhì)量分布均勻的球體之間的萬有引力得到啟發(fā),認為均勻的帶電

12、金屬球,不論距離遠近都可以看作點電荷,可以將球心間距代入公式F=k計算兩球之間的庫侖力,你認為正確嗎?請分析原因。 1.下列關(guān)于點電荷的說法正確的是()。A.點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電荷的C.只有電荷量很小的帶電體才能被看作點電荷D.公式F=k只能用來計算點電荷之間的庫侖力2.對于庫侖定律的理解正確的是()。A.庫侖定律適用于真空中的點電荷B.當半徑為r的兩帶電小球相距為r時,可用庫侖定律計算它們間的靜電力C.在干燥空氣中的兩個點電荷間的靜電力可用庫侖定律計算D.相互作用的兩個點電荷,不論它們的電荷量是否相同,它們各自所受的庫侖力大小一定相等3.兩個分別帶

13、有電荷量-Q和+3Q的相同金屬小球(均可視為點電荷),固定在相距為r的兩處,它們間庫侖力的大小為F。兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?則兩球間庫侖力的大小為()。A.FB.FC.FD.12F4.下列各圖中A球系在絕緣細線的下端,B球固定在絕緣平面上,它們帶電的種類以及位置已在圖中標出。A球能保持靜止的是()。拓展一、庫侖定律的理解與應(yīng)用1.真空中有兩個完全相同的金屬小球,A球帶qA=6.410-16 C的正電荷,B球帶qB=-3.210-16 C的負電荷,均可視為點電荷。(1)當它們相距為0.5 m時,A、B間的庫侖力為多大?(2)若將兩球接觸后再分別放回原處,A、B間的庫侖力又為多大?拓展二

14、、電荷(帶電體)在庫侖力作用下平衡2.如圖所示,q1、q2、q3分別表示在一條直線上的三個點電荷,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。庫侖定律課時1.3電 場 強 度1.知道電荷間的相互作用是通過電場實現(xiàn)的。知道場與實物是物質(zhì)存在的兩種不同性質(zhì)。2.理解電場強度的定義、單位、方向。體會用比值法定義物理量的方法。3.能推導點電荷的電場強度計算公式,并能使用公式進行相關(guān)的計算。4.知道電場強度的疊加原理,并能應(yīng)用這個原理進行簡單的分析和計算。5.知道

15、電場線的定義和特點,會用電場線分析、描述電場的強弱和方向,知道幾種特殊電場的電場線的分布特征。1.電場(1)帶電體周圍存在一種物質(zhì),這種物質(zhì)是電場,電荷間的相互作用就是通過電場發(fā)生的,它是一種看不見的客觀存在的物質(zhì),它具有力和能的特性。(2)電場最基本的性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用。2.電場強度(1)引入電場強度的目的是描述電場的強弱,它所描述的是放入電場中的電荷所受力的性質(zhì);放入電場中某點的電荷所受的靜電力與電荷量的比值,叫電場強度。(2)電場強度定義式為,電場強度的單位為牛頓/庫侖或N/C。(3)電場強度是矢量,規(guī)定電場強度方向與正(填“正”或“負”)電荷在該點所受到的靜電力的方向相同

16、。(4)電場的疊加:在同一空間,如果有幾個靜止電荷同時產(chǎn)生電場,那么空間某點的場強是各電荷單獨存在時在該點所產(chǎn)生的場強的矢量和。合場強的計算應(yīng)遵守平行四邊形定則。3.電場線(1)為了直觀地描述電場,英國物理學家法拉第(填人名)提出了用電場線描述電場的方法。(2)電場線:就是在電場中畫出一些有方向的曲線,在這些曲線上,每一點的切線方向表示該點的電場強度方向。電場線的疏密程度表示電場強度的大小。電場線并不是實際存在的,它只是為了形象地描述電場而引入的一種假想的曲線。(3)勻強電場:場強的大小和方向都相同的電場叫勻強電場。勻強電場的電場線是一簇等間距的平行直線。主題1:電場閱讀教材中“電場”部分的內(nèi)

17、容,回答下列問題。(1)法拉第是在什么情況下提出“電場”概念的?(2)變化的電磁場具有什么性質(zhì)使我們說它具有物質(zhì)性?主題2:電場強度(重點探究)閱讀教材中“電場強度”部分的內(nèi)容,回答下列問題。(1)在如圖所示的實驗中,帶電金屬球A通過什么對帶電小球發(fā)生庫侖力作用?把同一個帶電小球分別掛在P1、P2、P3處時,發(fā)現(xiàn)受力的大小不同,這說明什么? (2)為什么實驗中使用的試探電荷的電荷量和尺寸都必須足夠小?(3)如果圖中的帶電金屬球A可以看作點電荷,且它所帶電荷量為Q,那么在離A球距離為r 的位置依次放置點電荷q1、2q1、3q1其所受到的庫侖力分別是多少?(4)為什么定義電場強度E=,卻又說電場中

18、某點的電場強度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無關(guān)?主題3:點電荷的電場與電場強度的疊加設(shè)一個點電荷的電荷量為+Q,在與之相距為r的A點放一試探電荷,其所帶電荷量為+q,如圖所示。(1)試利用電場強度定義及庫侖定律推導A點的場強的大小,并確定A點場強的方向。(2)在點電荷形成的電場中,某點的場強大小由哪些因素決定?(3)如果空間中有幾個點電荷同時存在,那么該如何確定某點的電場強度?它遵循什么原則?主題4:電場線閱讀教材“電場線”標題下面的內(nèi)容,回答下列問題。(1)電場線是如何表示電場方向的?(2)電場線能不能相交?(3)電場線是如何表示電場強弱的?1.由電場強度的定義式E=可

19、知,在電場中的同一點()。A.電場強度E跟F成正比,跟q成反比B.無論試探電荷所帶的電荷量如何變化,始終不變C.電場中某點的場強為零,則在該點的電荷受到的靜電力一定為零D.一個不帶電的小球在P點受到的靜電力為零,則P點的場強一定為零2.一個試探電荷q在電場中某點受到的靜電力為F,該點的電場強度為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兩點為負點電荷Q產(chǎn)生的電場中以Q為圓心的同一圓周上的兩點,a、c兩點為同一條電場線上的兩點,以下說法中正確的是()。A.a、b兩點電場強度大小相等B.同一試探電荷在a、b兩點所受靜電力相同C.a、c兩點電場強度大小關(guān)系為EaEcD

20、.a、c兩點電場強度方向相同4.圖示為某電場部分電場線,A、B、O是一根電場線上的三點,在線上的O點放一個自由的負電荷,它將沿電場線向B點運動,下列判斷中正確的是()。A.電場線由B指向A,該電荷做加速運動,其加速度越來越小B.電場線由B指向A,該電荷做加速運動,其加速度的變化不能確定C.電場線由A指向B,該電荷做加速運動,其加速度越來越大D.電場線由A指向B,電荷做勻加速運動拓展一、對電場和電場強度的理解1.在真空中O點放一個電荷Q=+1.010-9 C,直線MN通過O點,OM的距離r=30 cm,M點放一個點電荷q=-1.010-10 C,如圖所示,求:(1)q在M點受到的作用力。(2)M

21、點的電場強度。(3)拿走q后M點的電場強度。(4)若MN=30 cm,拿走q后N點的電場強度多大?拓展二、電場的疊加問題2.如圖所示,真空中帶電荷量分別為+Q和-Q的點電荷A、B相距r,則:(1)兩點電荷連線的中點O的電場強度多大?(2)距A、B兩點都為r的O點的電場強度如何?拓展三、運動軌跡與電場線相結(jié)合的問題3.如圖所示,圖中實線是一簇未標明方向的由點電荷產(chǎn)生的電場線,虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時的運動軌跡,a、b是軌跡上的兩點。若帶電粒子在運動過程中只受到靜電力作用,根據(jù)此圖可以做出正確判斷的是()。A.帶電粒子所帶電荷的正負B.帶電粒子在a、b兩點的受力方向C.帶電粒子在a、b兩點的速度何處較大D.帶電粒子在a、b兩點的加速度何處較大電場強度