資源簡介

教學設計
課題 電荷 課型 新課 課時 1
教材分析 通過實驗，了解靜電現(xiàn)象。能用原子結(jié)構模型和電荷守恒定律的知識分析靜電現(xiàn)象。 本節(jié)由電荷、靜電感應、電荷守恒定律、元電荷四部分內(nèi)容組成，是本章的預備性知識，是電磁學的基本概念，教材側(cè)重從物質(zhì)微觀結(jié)構的角度認識物體帶電的本質(zhì)。結(jié)合摩擦起電和感應起電的具體情境，理解電荷守恒定律是本節(jié)的重點，通過元電荷的學習，讓學生產(chǎn)生“量子化”的初步概念，明確電量不能連續(xù)變化。
學情分析 學生在初中學習過兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電等，因此，在本節(jié)課的教學中，應在初中已有的知識基礎上，充分利用形象直觀的靜電演示實驗，盡量讓學生參與到利用舊知識，獲取新知識的思考中來。 側(cè)重從物質(zhì)微觀結(jié)構的角度認識物體帶電的本質(zhì)，結(jié)合摩擦起電和感應起電的分析，進一步幫助學生理解產(chǎn)生電荷的機理。
教學目標 物理觀念:知道電荷量、元電荷、比荷等概念，知道電荷是物質(zhì)的一種基本屬性。 科學思維:認識摩擦起電、感應起電的本質(zhì)，理解電荷守恒定律 科學探究:基于靜電現(xiàn)象的實驗事實，用原子的結(jié)構模型和電荷守恒知識建構模型解釋現(xiàn)象，培養(yǎng)學生基于事實證據(jù)進行科學推理的核心素養(yǎng)。
教學重難點 教學重點： 電荷守恒定律 教學難點： 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。
教學方法 教學方法： 講授法 教具:靜電起電機、枕形導體、球形導體
教學過程 教學 環(huán)節(jié) 教學活動 設計意圖 二次備課
環(huán)節(jié)一：回顧歷史上對電現(xiàn)象的研究 問題：生活中有哪些與電相關的現(xiàn)象？有哪些靜電現(xiàn)象？ 學生列舉生活中的電現(xiàn)象以及靜電現(xiàn)象 學生實驗：與頭發(fā)摩擦后的氣球吸引小紙片 演示實驗：靜電乒乓 問題：什么叫做“物體帶電”？咋樣我們就說一個物體帶了電呢？ 問題：人類是怎樣開始研究電現(xiàn)象的？ 回顧人類對電現(xiàn)象的研究： 公元前600年左右，古希臘學者泰勒斯發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象。 公元1世紀，我國東漢時期，學者王充在《論衡》一書中也寫下“頓牟掇芥”一語。意為摩擦過的琥珀能吸引像草芥一類的輕小物體。 16世紀，英國科學家吉爾伯特在研究這類現(xiàn)象時首先創(chuàng)造了英語中的“(電)”這個詞，用來表示琥珀經(jīng)過摩擦以后具有的性質(zhì)，并且認為摩擦過的琥珀帶有電荷。 除此以外，雷電也是人們觀察到的自然界中的電現(xiàn)象，美國科學家富蘭克林通過實驗發(fā)現(xiàn)，雷電的性質(zhì)與摩擦產(chǎn)生的電的性質(zhì)完全相同，由此統(tǒng)一了自然界中的“天電”和“地電”。正是這些早期的科學家們對電現(xiàn)象的研究，揭開了自然界中電現(xiàn)象神秘的面紗。
環(huán)節(jié)二： 認識電荷 （初中） 富蘭克林規(guī)定： 與絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為正電荷。 與毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷為負電荷。 通過初中的學習，我們知道，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 問題：那么，自然界中是否只有兩種電荷？如何證明？ 演示實驗：用自制教具“旋轉(zhuǎn)乒乓”探究吸管摩擦頭發(fā)帶什么電。 用許多物體來做類似的實驗，鑒別它們所帶電荷的種類，迄今為止，我們沒有發(fā)現(xiàn)對這兩種電荷都排斥或都吸引的電荷，因此，我們推斷，自然界的電荷只有兩種。 問題：自然界中只有兩種電荷？為什么命名“正電荷”、“負電荷”，而不命名成諸如“N電荷”、“S電荷”呢？
環(huán)節(jié)三： 物體帶電的本質(zhì) 問題：什么叫做“物體帶電”？“物體帶電”的準確含義指的是什么？其本質(zhì)是什么？ 從微觀層面看：物質(zhì)都是由原子組成的，而原子中有帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構成的原子核，還有帶負電的核外電子。原子核的正電荷的數(shù)量與電子的負電荷的數(shù)量一樣多，所以整個原子對外界表現(xiàn)為電中性。 如果一個物體含有的正負電荷數(shù)相等，達到精確的平衡，我們就說物體不帶電；正負電荷數(shù)目不等，則我們就說物體帶電。繪圖，用紅點代表正電荷，綠點代表負電荷，讓學生數(shù)紅點和綠點的數(shù)目。 物體帶電是由于物體出現(xiàn)了多余的“凈電荷”。 含有的正電荷數(shù)目多于負電荷數(shù)目，我們就說物體帶正電：含有的負電荷數(shù)目多于正電荷數(shù)目，我們就說物體帶負電；
環(huán)節(jié)三： 幾種起電方式 使物體帶電的過程，稱為“起電”，下面我們來看幾種常見的起電方式 1、摩擦起電 摩擦起電是最常見的起電方式。橡膠棒和毛皮摩擦之后帶電就是通過摩擦起電。 問題：兩個相互摩擦的物體，為什么會帶電？摩擦是如何讓物體帶上電的呢？（怎樣讓物體有了多余的電荷呢？） 討論現(xiàn)象：毛皮摩擦過得橡膠棒帶負電。 問題：橡膠棒多余的負電荷哪來的呢？ 從微觀結(jié)構上看，電荷來源于帶正電的原子核以及帶負電的電子。 問題：是橡膠棒帶正電的原子核跑了呢 還是搶了毛皮的電子。 微觀解釋：由于原子內(nèi)部原子核的結(jié)構一般是很穩(wěn)定的，通常離原子核較遠的電子受到的束縛較弱，容易受到外界的作用而脫離原子。當兩種物質(zhì)組成的物體互相摩擦時，一些受束縛較弱的電子會轉(zhuǎn)移到另一個物體上。于是，原來電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電。 問題：絲綢摩擦過的橡膠棒帶什么電？ 學生大膽猜測 演示實驗：用驗電器探究絲綢摩擦過的橡膠棒帶什么電？ 驗電器介紹：接觸，金屬箔片帶同種電荷排斥張開 電荷越多，排斥越大，張角越大 檢驗電性：①使驗電器帶電負電②橡膠棒觸摸③絲綢接觸 問題：是不是所有品物詩與橡膠棒摩擦之后，都帶負電 本質(zhì)：原子核對電子的束縛能力。 問題：對電子的束縛能力最弱的材料是什么？ 演示實驗：摩擦金屬球使其帶電 激發(fā)對自然界各種現(xiàn)象、也包括電現(xiàn)象的求知欲。積累對靜電現(xiàn)象的感性認識，提高觀察能力 基于靜電現(xiàn)象的實驗事實，通過問題串層層遞進搭設學生對幾種起電方式的理解的臺階，用原子的結(jié)構模型和電荷守恒知識建構模型解釋現(xiàn)象，培養(yǎng)學生基于事實證據(jù)進行科學推理的核心素養(yǎng)。
環(huán)節(jié)三： 幾種起電方式 2、接觸起電 問題：對還有什么方式可以使金屬球帶電？ 演示實驗： ①回顧驗電器實驗 ②用帶負電橡膠棒接觸懸掛的錫箔紙包裹的乒乓球探究接觸起電的兩物體帶電電性 問題：你可以嘗試著從微觀角度解釋接觸帶電的原因嗎？ 帶負電的橡膠棒與錫箔乒乓球接觸，由于正負電荷相互吸引，電子從橡膠棒轉(zhuǎn)移到錫箔乒乓球上。接觸后帶上同種負電，它們相互排斥開來。
環(huán)節(jié)三： 幾種起電方式 3、感應起電 問題：如果不接觸，能讓導體帶電嗎？剛才用橡膠棒接觸驗電器的靠近的過程中有什么現(xiàn)象？ 演示實驗：取一對用絕緣柱支持的枕形導體左右擺放，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的兩片金屬箔是閉合的。 現(xiàn)在用起電機使金屬球帶電，用驗電器檢驗其帶電性質(zhì)——負電。 讓金屬球靠近枕形導體，觀察金屬箔的變化 問題：同學們請觀察：會有什么現(xiàn)象發(fā)生？金屬箔有什么變化 我們看到，金屬球靠近其中一端時，導體兩端的金屬箔片張開，表示此時導體兩端分別帶上了電荷。 問題：同學們能解釋實驗中金屬箔張開的原因嗎 分析：在黑板上用磁貼演示，當我們用帶負電的金屬球去靠近金屬導體的左端時，導體中自由電子在金屬球的負電荷排斥下會向遠離橡膠棒的一端移動，也就是導體的右端移動，從而使靠近金屬球左端一端由于缺少自由電子而帶正電荷，遠離金屬球的右端帶負電荷。 這就是我們看到導體兩端的金屬箔片都張開的的原因。 移走金屬球后，導體上可以移動的自由電子又會回來與另一端的正電荷發(fā)生中和現(xiàn)象，導體兩端又回到不帶電的狀態(tài)。 像這樣，一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥作用，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異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫作靜電感應。 我們再看一遍實驗。像這樣，通過靜電感應，使物體帶電的方式，叫感應起電，這種起電方式，帶電的橡膠棒并沒有與導體發(fā)生接觸，而是“隔空”使得導體帶電，這是感應起電的特點。 問題：如果先將左右導體分開，再拿走橡膠棒，金屬箔會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 導體原來不帶電，自由電子重新分布后，一端失電子，一端得電子，左右應該感應出等量異種電荷。 我們可以試一試，來看實驗，同學們，你觀察到的現(xiàn)象跟你預期的是否一樣？ 由于切斷了左右導體電荷中和的通路，在拿走橡膠棒后，左右導體下的金屬箔片依然張開，表示左右導體依然帶電。 問題：我們再進一步想一想：導體兩端帶電應該有什么關系？ 演示實驗：為了驗證這個想法，我們可以再讓剛才分開的左右導體接觸，看看會有什么結(jié)果？ 我們看到，金屬箔片都閉合了，導體又回到了不帶電的狀態(tài)。這說明左右導體確實帶有等量異種電荷。 回顧解釋開頭靜電乒乓實驗。
環(huán)節(jié)四： 電荷守恒定律 前面我們談到三種起電方式，并且從微觀的角度解釋了物體帶電的原因。 同學們可能注意到了，摩擦起電和接觸帶電，從微觀上看就是電子在兩個相互接觸的物體之間轉(zhuǎn)移；而感應起電，是自由電子在導體上的重新分布，也就是說，三種起電方式本質(zhì)上都沒有創(chuàng)造電荷，只是電荷的分布發(fā)生的變化，在研究電現(xiàn)象的過程中，人們也堅持著追尋守恒量的方法，揭示出隱藏在物理現(xiàn)象背后的客觀規(guī)律。 大量實驗事實表明，電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量保持不變。這個結(jié)論叫作電荷守恒定律。 近代物理實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，帶電粒子可以產(chǎn)生或湮沒。例如，一個高能光子在一定條件下可以產(chǎn)生一個正電子和一個負電子；一對正、負電子可以同時湮沒，轉(zhuǎn)化為一對光子。不過在這些情況下，帶電粒子總是成對產(chǎn)生或湮沒的，兩個粒子帶電數(shù)量相等但電性相反，而光子又不帶電，所以電荷的代數(shù)和仍然不變。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。 電荷守恒定律是物理學中守恒思想的又一具體體現(xiàn)，是自然界重要的基本規(guī)律之一。 引導學生在實驗分析的基礎之上自主總結(jié)了解電荷守恒定律
環(huán)節(jié)五： 電荷的量度 問題：如何定量的量度物體所帶的電量呢？ 這就需要定義物理量來量度電荷的多少。我們定義物體帶電的多少為電荷量，它的單位是庫侖，簡稱庫。 在1881 年第 1 屆國際電學大會上，科學家們已經(jīng)用我們熟悉的電流的單位安培，和時間單位秒，定義了電荷量的單庫侖的大小。 即：1 A恒定電流在1 s時間間隔內(nèi)所傳送的電荷量為 1 C。 正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值。 而在前面的實驗中，我們知道無論是電荷的轉(zhuǎn)移還是重新分布，都是以電子的電荷量為單位進行的，迄今為止，實驗發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。前面提到的質(zhì)子、正電子所帶的電荷量也是與電子的電荷量絕對值相同，電性相反。 人們把這個最小的電荷量叫作元電荷，用e表示。實驗還發(fā)現(xiàn)，所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍。這就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。 以電荷量的國際單位庫侖計算，這個元電荷所帶的電荷量是多少呢？ 元電荷e的數(shù)值，最早是由美國物理學家密立根測得的，他因此獲得諾貝爾物理學獎。在密立根實驗之后，人們又做了許多測量?，F(xiàn)在公認的元電荷e的值為 e = 1.602 176 634×10-19 C 在計算中，可取 e=1.60×10-19 C 對于帶電粒子，它的質(zhì)量和帶電量都是很重要的屬性，為方便后面的定量研究，人們定義出了帶電粒子的比荷，即帶電粒子電荷量q與帶電粒子的質(zhì)量 m 之比 ，例如，電子的比荷為，這也是一個很重要的物理量 問題：庫侖是個很大的電荷量單位，1庫侖的電荷量相當于多少個電子電量呢？ 1庫侖電量，大約相當于大約6.25×1018次方個電子電量 這是一個很大的數(shù)量，大到什么程度？我們打個比方，如果把一個元電荷比作一滴水大約為零點幾毫升，那么一庫侖的電量就相當于整個三峽水庫的最大蓄水量，
環(huán)節(jié)五： 小結(jié)拓展 小結(jié)：這節(jié)課，我們主要是在觀察電現(xiàn)象的基礎上，用微觀的原子結(jié)構模型和電荷守恒定律解釋了宏觀的摩擦起電、接觸帶電以及感應起電這樣一些靜電現(xiàn)象，我們還知道了電荷的最小量為電子所帶電量，即元電荷，打下了之后定量研究電學現(xiàn)象的基礎，后面的研究將逐漸由定性轉(zhuǎn)為定量。 在這節(jié)課的最后，老師在做兩個有趣的小實驗，請同學們課后試著用今天所學的知識，來思考解釋一下 希望這兩個小實驗能夠引發(fā)同學們的興趣，帶著對電現(xiàn)象好奇和思考繼續(xù)后面的學習。
課堂檢測反饋
板書設計 §9.1 電荷 電荷 正電荷 負電荷 同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 物體帶電？ 吸引輕小物體 本質(zhì)：存在凈電荷 幾種起電方式 摩擦起電 接觸起電 感應起電 電荷守恒定律 內(nèi)容 元電荷 1、元電荷：最小的電荷量，用e表示。 2、元電荷的值： 3、比荷：電子的電荷量e與電子的質(zhì)量之比。
教學反思 本節(jié)課是一堂常規(guī)之上有創(chuàng)新的起始課，從生活中的靜電現(xiàn)象入手，藉由物理學史引出對物體帶電本質(zhì)的討論，然后通過實驗探究，共同討論摩擦起電、接觸起電以及感應起電三種起電方式，讓學生在實驗體驗中經(jīng)歷電荷守恒規(guī)律的探究過程，形成電荷守恒的物理觀念。通過這次備課、上課，我對核心素養(yǎng)導向下的實驗探究過程設計有了新的感悟。 成功之處： 亮點1：“靜電乒乓”實驗導入。引發(fā)學生的好奇，培養(yǎng)學生的問題意識，在課堂的探究任務結(jié)束之后，用探究的結(jié)果回過頭重新解釋開頭的“靜電乒乓”實驗。將最后一個環(huán)節(jié)“對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思”作為本節(jié)課的導入環(huán)節(jié)，既符合了教學內(nèi)容的邏輯性，又關注了科學探究素養(yǎng)培養(yǎng)的延續(xù)性。 亮點2：問題導向的進階式探究設計。從物體的靜電現(xiàn)象到物體的帶電本質(zhì)，由淺入深，讓學生初步形成對電荷的認識。在處理三種起電方式的時候，通過實驗情境的創(chuàng)設，通過問題串的形式搭設臺階，從現(xiàn)象到微觀結(jié)構再到三種起電方式的本質(zhì)，一步一步引導學生進行分析，讓學生在充分的體驗和思考討論中經(jīng)歷探究過程，水到渠成地形成電荷守恒的物理觀念，突破這一難點，培養(yǎng)學生科學推理、科學論證的科學素養(yǎng)。同時，在問題的設計中，設置了幾個認知沖突式的問題，引發(fā)學生思考和討論，激發(fā)學生的學習興趣。 不足之處： 實驗的準備不夠充分，對于突發(fā)狀況的預案沒有做到位，在演示實驗的過程中，出現(xiàn)了預料之外的不明顯的實驗現(xiàn)象，影響了整個課堂的進度。 感應起電實驗過渡不是很順，設計上來難度有點大，臺階過高，可以適當降低一些難度和結(jié)構。 開頭的學生實驗氣球?qū)е抡n堂秩序有點混亂，轉(zhuǎn)移了學生的注意力。 板書字跡不夠工整， PPT和課堂的任務進度結(jié)合不夠緊密。

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