选修31第一章静电场导学案用doc.docx

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静电场导学案

全章教学内容分析

本章是高中物理电磁学的起始章节，可以说本章将学生引入另一个新的学习领域；本章教学是整个电磁学教学的基础，对后续的电磁学的教学将产生深远的影响。

《电场》章节的知识特点：

（1）新概念多且抽象不易直接感知；

（2）综合性强、跨度大；（3）包含有丰富的物理思维方法。

课标要求

1．了解静电现象及其在生活和生产中的应用。

用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。

例1　了解存在可燃气体的环境中防止静电常采用的措施。

2．知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。

知道两个点电荷间相互作用的规律。

通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。

3．了解静电场，初步了解场是物质存在的形式之一。

理解电场强度。

会用电场线描述电场。

4．知道电势能、电势，理解电势差。

了解电势差与电场强度的关系。

例2　分析物理学中常把无穷远处和大地作为电势零点的道理。

例3　观察静电偏转，了解阴极射线管的构造，讨论它的工作原理。

5．观察常见电容器的构造，了解电容器的电容。

举例说明电容器在技术中的应用。

例4　使用闪光灯照相。

查阅资料，了解电容器在照相机的闪光灯中的作用。

活动建议

1．通过查阅资料、阅读说明书、观察实物等方式，了解避雷针、静电除尘器、静电复印机、激光打印机等设施的基本原理，撰写一篇科学报告。

2．收集资料，综述静电的危害和预防方法。

知识版块及知识结构

静电基本现象→电场力的性质和能的性质→电场对电场中的物质的作用（电场对电荷的作用、电场对导体的作用、电场对电介质的作用）

知识结构图

学情分析

学生对电场知识类了解不多，初中教学中实验不全；回忆总结初中静电学知识参差不齐；学生正处在形象思维向抽象思维转变的关键时期，部分学生存在抽象思维障碍，尤其是空间思维障碍；部分学生对电学知识不感兴趣，存恐惧感。

教学要求与建议

1．加强演示实验和生活经验在教学中的形象思维支撑，促进学生获得正确的知识表象；

2．不失时机地、及时地进行宏观和微观的联系，突出学生对电荷运动及电相互作用中的微观机理理解；

3．强调静电场的概念和研究方法是电磁学的基础，注意物理概念的辨析，防止相似概念混淆；

4．突出对静电场的认识过程，突出类比思维方法的应用，促进知识的有效建构；

5．加强与生活、技术、社会的联系，加强力电知识综合，提高大幅度迁移和应用知识的能力。

课时分配建议

1　电荷及其守恒定律

1课时

2　库仑定律

1课时

3　电场强度

2课时

4　电势能和电势

2课时

5　电势差

1课时

6　电势差与电场强度的关系

1课时

7　静电现象的应用

1课时

8　电容器与电容

1课时

9　带电粒子在电场中的运动

1课时

§1.1电荷及其守恒定律学案

　　【学习目标】

（一）知识与技能

1．知道两种电荷及其相互作用．知道电量的概念．

2．知道摩擦起电，知道摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开．

3．知道静电感应现象，知道静电感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．

4．知道电荷守恒定律．

5．知道什么是元电荷．

（二）过程与方法

1、通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷

2、通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。

（三）情感态度与价值观

通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质

【重点难点】

知道三种使物体带电的方法及带电本质

知道什么是元电荷、比荷、电荷量、静电感应的概念

【预习】：

 　　一、电荷

　　1．自然界中两种电荷：

　　　　　　　　　　     　　　　　　　　 　。

　　2．电荷及其相互作用：

                                             。

　　3．使物体带电的方法及实质：

　　二、电荷守恒定律：

 　　三、几个基本概念：

 　　电荷量：

　　元电荷：

　　比荷：

　　静电感应、感应起电：

 【展示】：

【点拨】：

在干燥的冬天，你也许有过这样的经历：

当你经过铺有地毯的走道来到房间门口，在伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手被麻了一下，弄得你虚惊一场，是谁在恶作剧？

回答可能有点意外，原来是电荷在作怪。

本节课从分析物体的起电着手，结合摩擦起电和感应起电的实验研究物体起电的本质，总结出物体的起电本质上是电荷的转移，一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变，从而理解电荷守恒定律。

一．教师可演示毛皮摩擦橡胶棒、丝绸摩擦玻璃棒导致验电器铂片张开或吸引轻小物体张开体会摩擦起电，利用课本图1.1-1的实验进一步让学生体会感应起电及其本质，通过实验理解不论何种起电方式，本质都是电荷的转移。

二．本节课标及其解读。

1.了解摩擦起电和感应起电，知道元电荷：

（1）知道自然界存在两种电荷。

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；

（2）了解摩擦起电、感应起电，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质；（3）知道元电荷、电荷量的概念，知道电荷量不连续变化。

2．用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象：

（1）知道电荷守恒定律；

（2）应掌握完全相同的两个带电金属球相互接触后，电荷间的分配关系。

三．从物质微观结构的角度认识物体带电的本质是本节教学重点，起电本质是本节教学难点，教学易错点有三个：

1．在静电感应现象中，金属导体内移动的是电子，而不是质子；2．元电荷是电荷量，并不是某个实体电荷；3．电荷量是不连续的，电荷的正负表示其带电性质。

本节教学疑点有两个：

1．对起电方式及实质的理解.

（1）对物质内部微观结构分析，说明部分物质内部电子可以自由移动；

（2）电荷守恒，说明起电的实质不是新电荷的产生。

2．电中性的解释，加深学生对起电的理解。

【课堂探究】：

一．教材第3页的静电感应的实验是探究感应起电的重要实验,有条件的学校可进行分组实验引导学生探究感应起电的特点和本质，培养学生对实验现象进行归纳、总结的能力，教材中各种实验现象均未给出具体的结论，这就要求教学中要渗透科学探究的思想方法。

二．关于摩擦起电的实验，在用毛皮摩擦橡胶棒或用丝绸摩擦玻璃棒时尽可能每次都朝一个方向摩擦，这样效果更好一些．关于教材第3页的＂做一做＂，建议教师为学生创造条件，认识静电计和验电器，了解接触可以起电，感应也可以起电．

【典例精析】：

例1　绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜。

在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图1-1-1所示，现使b带正电，则（）

A.b将吸引a，吸住后不放开

B.b先吸引a，接触后又把a排斥开

C.a、b之间不发生相互作用

D.b立即把a排斥开

解析b带电后，由于静电感应，a的近b端和远b端分别出现等量的负电荷和正电荷，b对a的吸引作用大于排斥作用。

a、b接触后带同种电荷，又相互排斥。

故选项B正确。

拓展本题中如果a的表面不是镀有铝膜，则a的近b端和远b端不会分别出现等量的负电荷和正电荷，但是由于带电体具有吸引轻小物体的性质，所以正确的选项仍然是B。

例2两个完全相同的金属球，一个带＋6×10－8C的电量，另一个带－2×10－8C的电量。

把两球接触后再分开，两球分别带电多少？

解析两个完全相同的金属球接触后再分开，要平均分配电量，故两球均带

，带正电。

拓展两个完全相同的金属球接触后再分开，再平均分配电量时，异种电荷先中和，再将剩余电荷除以2即为每个金属球所带的电量。

例3如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是（）

A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QA＞QB

B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QA＝QB

C．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QA＜QB

D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关

解析：

静电感应使得A带正电，B带负电，导体原来不带电，只是在C的电荷的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，而带负电；A部分带正电。

从不同位置切开时，QA、QB\的值是不同的，故只有D正确

答案:

D

【三维达标】：

【训练】:

1.关于元电荷的理解，下列说法正确的是（BD）

A．元电荷就是电子

B．元电荷是表示跟一个电子所带电荷量数值相等的电荷量

C．元电荷就是质子

D．物体所带电量只能是元电荷的整数倍

2.关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是（BC）

A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷

B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一个部分

D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体

3.下列关于电现象的叙述中正确的是（BCD）

A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电

B．摩擦可以起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量的异种电荷

C．带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子一定显负电性，失去电子显正电性

D．当一种电荷出现时，必然有等量的异种电荷出现；当一种电荷消失时，必然有等量的异种电荷消失

4．将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，如图所示，下列几种方法能使两球都带电的是（AC）

A．先把两球分开，再移走棒

B．先移走棒，再把两球分开

C．先将棒接触一下其中一球，再把两球分开

D．棒带的电荷量如果不变，不能使两导体球带电

【提升】:

５．如图1-1-4，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B（不接触）时，验电器的金箔张角减小，则（AB）

A．金属球A可能不带电

B．金属球A可能带负电

C．金属球A可能带正电

D．金属球A一定带正电

6.将两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一小段距离，发现两小球之间相互排斥，则A、B两球原来带电情况可能是（BCD）

A．A和B原来带有等量异种电荷

B．A和B原来带有同种电荷

C．A和B原来带有不等量异种电荷

D．A和B原来只有一个带电

7.如图1-1-6所示，当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电荷的移动情况是（B）

A.枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动

B.枕形金属导体中的负电荷向A端移动，正电荷不移动

C.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动

D.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动

8．导体上的净电荷和导体中的“自由电荷”有何区别？

答案：

导体上的净电荷是指导体中正负电荷的代数和不为零时，正负电荷抵消后的电荷，导体的净电荷只能分布在导体的外表面；导体中的“自由电荷”是指导体中可以自由移动的电荷，在导体的表面和内部都可以分布“自由电荷”。

【实践】：

9.图1-1-1所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。

试问：

（1）如何使A、B都带等量正电？

（2）如何使A带负电B带等量的正电？

答案：

（1）把AB紧密靠拢，让C接触A或B，然后移去C。

再把A与B分开，则A、B都带等量正电。

（2）把AB紧密靠拢，让C靠近A，则在A端感应出负电荷，B端感应出等量正电荷，马上把A与B分开后，则A带负电B带等量的正电。

10.当带电塑料尺子吸引一小纸片，当尺子接触到纸片时，有时纸片会很快地飞开，这是为什么？

答案：

当带电塑料尺子吸引一小纸片，如果尺子接触到纸片，则纸片也带了与尺上电荷性质相同的电荷，同种电荷相排斥，所以纸片会很快地飞开。

【课后作业】：

　　P5问题与练习1、2、4

 【阅读材料】

 静电学发展史

　　“电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的，在中国则是从雷闪现象中引出来的。

自从18世纪中叶以来，对电的研究逐渐蓬勃开展。

它的每项重大发现都引起广泛的实用研究，从而促进科学技术的飞速发展。

现今，无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。

随着科学技术的发展，某些带有专门知识的研究内容逐渐独立，形成专门的学科，如电子学、电工学等。

电学又可称为电磁学，是物理学中颇具重要意义的基础学科。

古人对于电的理解

 　　自然界的雷鸣电闪，很早就引起人们的注意。

但要对雷电现象做出正确解释，在当时是很困难的，因此人们在民间流传着各种神秘的和迷信的看法。

不过，雷电现象终究是自然界固有的，人们能够控制并重复实现的电学现象是摩擦琥珀后可使它吸引纸屑、芥子等微小物体的实验。

静电学的发展

　　公元前600年前后，希腊哲学家泰勒斯发现了当时的希腊人摩擦琥珀吸引羽毛。

但在当时人们认为“琥珀吸引微物是它们内在的能力”，并不能给出正确的结论。

天上的雷电和手中的琥珀在人们看来这些现象与磁石吸铁一样，属于物质具有的性质此外没有任何联系。

直到18世纪，通过美国人富兰克林著名的在雷雨中放风筝的实验，证明了雷电和摩擦带电具有同样的属性。

在中国，西汉末年已有“碡瑁（玳瑁）吸偌（细小物体之意）”的记载；晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”。

 　　1600年，英国物理学家吉伯发现，不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质，他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。

为了表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”。

吉伯在实验过程中制作了第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细棒，当与摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指向琥珀。

也是大约在1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。

他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌摩擦转动球体，使之获得电。

盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验研究中起着重要的作用，直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。

　　18世纪电的研究迅速发展起来。

1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：

金属可导电，丝绸不导电，并且他第一次

 　　使人体带电。

格雷的实验引起法国迪费的注意。

1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。

他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”，琥珀上产生的电与树脂产生的相同，叫做“树脂的”。

他得到：

带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。

 　　1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。

莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件，它对于电知识的传播起到了重要的作用。

差不多同时，美国的富兰克林做了许多有意义的工作，使得人们对电的认识更加丰富。

1747年他根据实验提出：

在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素；电跟流体一样，摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体，但不能创造；任何孤立物体的电总量是不变的，这就是通常所说的电荷守恒定律。

他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物体失去电而不足的部分叫做带负电。

严格地说，这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用，他还观察到导体的尖端更易于放电等。

早在1749年，他就注意到雷闪与放电有许多相同之处，1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电现象。

在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死，因为这是一个危险的实验，后来有人重复这种实验时遭电击身亡。

富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1745年首先由狄维斯实现，这大概是电的第一个实际应用。

 　　18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。

1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。

1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。

1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

　　1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。

库仑的实验得到了世界的公认，从此电学的研究开始进入科学行列。

1811年法国数学家泊松和德国数学家高斯把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电推导出泊松方程和高斯定律，发展了静电学的解析理论。

§1.2库仑定律学案

【学习目标】

（一）知识与技能

1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量．

2．会用库仑定律结合力学规律进行有关的计算．

3．知道库仑扭秤的实验原理．

（二）过程与方法

通过演示让学生探究影响电荷间相互作用力的因素，再得出库仑定律

（三）情感态度与价值观

培养学生的观察和探索能力

【重点难点】

重点：

掌握库仑定律

难点：

会用库仑定律的公式进行有关的计算

教具：

库仑扭秤（幻灯片展示）．

【预习】：

本节重点讲述库仑定律及应用。

1.电荷间的相互作用力大小与两个因素有关：

一是与有关，二是与有关。

2．当带电体之间的比它们自身的大小大得多时，带电体的形状和体积对相互作用力的影响可以忽略不计，这时的带电体可以看作。

3．库仑定律：

真空中两个间相互作用的静电力跟它们的成正比，跟它们的成反比，作用力的方向在上。

公式：

F=，式中k叫做。

如果公式中的各个物理量都采用国际单位，即电量的单位用，力的单位用，距离的单位用，则由实验得出k=。

使用上述公式时，电荷量Q1、Q2一般用绝对值代入计算。

如果其它条件不变，让两点电荷在介质中，其作用力将比它们在真空中的作用力小。

4．库仑定律虽然只给出了点电荷之间的静电力公式，但是任一带电体都有可以看作是由许许多多点电荷组成的。

只要知道了带电体上的电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成法则，就可以求出任意带电体之间的静电力。

5.应用库仑定律时应注意的问题：

首先应注意库仑定律的适用条件。

公式

仅适用于中（空气中近似成立）的两个间的相互作用。

其次，应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行，即应用公式计算库仑力的大小时，不必将表示电荷q1、q2带电性质的、号代入公式中，只将其电量的绝对值代入，先计算出力的大小，再根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断库仑力的方向，这样可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，根据运算结果是正或负号来判定方向而带来的麻烦和可能出现的错误。

答案：

1.电荷的电量电荷之间的距离2.距离点电荷3.点电荷电荷量的乘积距离的二次方它们的连线

静电力常量库伦牛顿米9×109N·m2/C25.真空点电荷正负

【点拨】：

我们已知道，两个电荷之间存在着相互作用的引力和斥力，同种电荷相互排除，异种电荷相互吸引。

那么电荷间的这种作用力的大小与什么因素有关呢？

这就是本节要解决的问题。

一．库仑定律建立在实验的基础之上，教材第5页的演示实验对于库仑定律的理解非常重要，教师在教学过程中利用本实验采取控制变量法探究在两带电体所带电量不变时静电力随距离变化的规律及两带电体距离不变静电力随带电体电量变化的规律，从而得出真空中两个点电荷间的库伦力满足的规律―――库仑定律。

二．本节课标及解读．1．知道点电荷，体会科学探究中的理想模型方法．

（1）了解点电荷；

（2）明确点电荷是个理想模型及把物体看成点电荷的条件；（3）体会理想化物体模型在科学研究中的作用与意义。

2．知道两个点电荷间的相互作用规律．

（1）通过实验,探究影响电荷间相互作用力的因素，了解库仑定律的建立过程；

（2）知道两个点电荷相互作用的规律（库仑定律及其适用条件）；（3）能用数学知识解决库仑定律中存在的极值问题。

3．通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。

三．库仑定律的得出和应用是本节课的重点，本节课的教学难点是实验探究电荷间相互作用力的因素，库仑定律的建立过程。

本节教学易错点体现在三个方面：

1．将库仑定律应用于非点电荷；2．完全相同的两个金属带电球接触后，应先中和再平分；3．库仑定律中的极值问题。

教学疑点体现在四个方面：

1．实验探究的方法；2．库仑实验中解决电荷定量的思想方法；3．带电体简化为点电荷的条件（类比于质点）；4．库仑定律的适用条件，计算方法类比于万有引力（区别）。

在教学过程中教师结合本节重难点结合教学易错点备好课，以解决学生的疑点．

四．教学中注意完全相同的金属球接触后电荷分配问题（如P9中1题），帮助学生了解库仑实验中巧取不同电荷的方法，训练学生的理性思维；注意通过原子核内核子作用力的计算，使学生对微观粒子有更深的理解和认识（如课本例1）.

【课堂探究】

　　一．本节库仑定律的得出是通过实验得出的．教材＂探究影响电荷相互作用力的因素＂的实验采取的是控制变量法，学生在探究过程一定要清楚在实验中两电荷间距离r和电荷ｑ两个量保持一个不变，研究库伦力与另外一个量的关系，这只是一个定性的研究，没有定量的测量．

二.库仑的实验，库仑做实验用的装置叫做库仑扭秤。

如图1-2-1所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球与A所受的重力平衡。

当把另一个带电的金属球C插入容器并他它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。

改变A与C之间距离_记录每次悬丝扭转的角度，便可找到力F与距离r的关系，实验的结果是力F与距离r