《电荷及其守恒定律》导学案

1、进入冬季后,各地长期晴朗无雨,多次降温又造成干冷天气,不少市民在工作、生活中经常受到静电的困扰。记者随机采访20个读者、网友,有八成人表示今冬已不止一次感受到静电:临睡前脱毛衣、开启汽车门、抓公交车扶手似乎“危机四伏”。课时1.1电荷及其守恒定律1.知道自然界存在两种电荷,并且只存在两种电荷。知道同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程,了解使物体带电的方法,能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3.理解电荷守恒定律。4.知道电荷量的概念及其国际单位。5.关注存在元电荷的事实,知道元电荷的概念,知道电荷量不能连续变化。1.电荷(1)电荷是物质的一种属性,自然

2、界中有两种电荷,物理学中规定,用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫作正电荷;用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫作负电荷。(2)电荷之间存在相互作用,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。(3)原子核的正电荷数量与核外电子的负电荷数量一样多,所以整个原子对外界较远的位置表现为电中性。 (4)电荷的多少叫电荷量。在国际单位制中,它的单位是库仑,简称库,用符号C表示。 (5)元电荷:科学实验中发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量,人们把这个最小的电荷量叫作元电荷,一般用e表示,通常取e=1.60×10-19C。实验还发现,所有带电体的电荷量都是一个最小量的整数倍,这就是说电荷量

3、是不能连续变化的物理量。2.常见的起电方法(1)摩擦起电:通过摩擦使物体带电的方法叫摩擦起电。当两个物体相互摩擦的时候,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到多余的电子而带负电,失去了部分电子的物体则带正电。 (2)感应起电:当一个带电的物体靠近一个导体时,由于电荷间的相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带与带电体异号的电荷,远离带电体的一端带与带电体同号的电荷。物理学中把这种现象叫作静电感应。3.电荷守恒定律(1)电荷既不能创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一个部分转移到

4、另一个部分,在转移的过程中,电荷的总量保持不变。(2)近代物理实验发现,在一定的条件下,带电粒子可以产生和湮灭。因此,电荷守恒定律现在的表述是一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。主题1:探究电荷阅读教材中的相关内容,回答下列问题。(1)物质的微观结构是怎样的?为什么教材中说整个原子只有对外界“较远”位置才表现为电中性?(2)与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电的原因是什么?有人说玻璃棒与任何物质摩擦都会带正电,你认为这种说法对么?主题2:实验感应起电阅读教材中相关内容,完成“感应起电”实验,回答下列问题。(1)当带正电的玻璃棒靠近A端时,为什么A、B两端的箔片都张开了?当移开带电玻璃棒后

5、,为什么箔片又都闭合了?(2)先分开A、B,再移开带电玻璃棒,两端的箔片有什么变化?这又是什么原因?主题3:电荷守恒定律(1)联系摩擦起电、静电感应起电、接触起电实验过程,分析三种起电方式有什么区别,物体带电的本质是什么。(2)阅读教材中相关内容,写出电荷守恒定律的两种表述形式。(3)电中性物体中有无电荷存在?所谓“电荷的中和”是不是正负电荷一起消失了?对于“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”你是怎么理解的?主题4:元电荷请同学们阅读教材中相关内容,回答下列问题。(1)什么叫电荷量?它的单位是什么?(2)为什么任何带电体所带电荷量都是不连续的?(3)如何理解元电荷?什么是比荷?电子的比荷是

6、多少?1.电视机的玻璃光屏表面经常有许多灰尘,这主要是因为()。A.这是灰尘的自然堆积B.玻璃有极强的吸附灰尘的能力C.电视机工作时,屏表面温度较高而吸附灰尘D.电视机工作时,屏表面有静电而吸附灰尘2.一带负电金属小球被放在潮湿的空气中,经过一段时间后,发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了。这说明()。A.小球上原有的负电荷逐渐消失了B.在此现象中,电荷不守恒C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D.该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律3.如图所示,挂在绝缘细线下的轻质金属小球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,由此可判断()。A.甲图中两球一定带异种电荷B.乙图中

7、两球一定带同种电荷C.甲图中两球至少有一个带电D.乙图中两球至少有一个带电4.下列叙述正确的是()。A.感应起电是创造电荷的过程B.接触起电是电荷转移的过程C.橡胶棒无论和什么物体摩擦都会带负电D.带等量异号电荷的两个导体接触后,电荷会消失拓展一、接触带电中电荷分配原则的应用1.有两个完全相同的带电金属小球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,让两金属小球接触,在接触的过程中,电子如何转移并转移了多少?拓展二、对感应起电的理解及带电情况的判断2.如图所示,A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金

8、属验电箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是()。A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开B.把C移近导体A,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍张开C.把C移近导体A,先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开D. 把C移近导体A,先把A、B分开,再把C移去,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片已闭合电荷及其守恒定律课时1.2库 仑 定 律 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表达公式,知道静电力常量。2.会用库仑定律的公式进行有关的计算。3.知道库仑扭秤的实验原理。1.探究实验:实验表明,电荷之间的作用力随电荷量

9、的增大而增大,随电荷间距离的增大而减小。2.库仑定律(1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。(2)表达式:F=。公式中的k叫作静电力常量,其数值是k=9.0×109 N·m2/C2。 (3)适用条件:a.在真空环境中;b.静止的点电荷之间的相互作用。3.点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看作点电荷。点电荷是一种理想化模型,实际上并不存在。4.库仑扭秤实验(1)库仑扭秤实验

10、是通过金属丝扭转角度比较静电力F的大小的,实验结果发现静电力F与距离r的平方成反比。(2)库仑在实验中为研究静电力F与q的关系,由于当时无法测量物体所带电荷量,于是采用这样的方法:用两个相同的金属小球,如果一个带电(设电荷量为q),一个不带电,相互接触后它们所带电荷量就均为,利用这两个金属小球进行实验;让一个小球的电荷全部转移掉(即不带电),再与另一个带电小球接触,它们所带的电荷量就均为,利用这两个金属小球再进行实验,结果发现静电力F与q1和q2的乘积成正比。 主题1:探究影响电荷间相互作用力的因素(重点探究)阅读教材中“演示”的内容,回答下列问题。(1)在探究影响电荷间相互作用力因

11、素的实验中,电荷间相互作用力的大小与悬线偏离竖直方向的夹角大小有什么关系?(2)在电荷量不变的情况下,探究电荷间作用力与电荷间距离的关系,应怎样操作实验?结论是什么?(3)在电荷间距离不变的情况下,探究电荷间作用力与电荷量的关系,应怎样操作实验?结论是什么?主题2:与库仑一起探究阅读教材中“库仑的实验”标题下的内容,回答下列问题。(1)两点电荷之间的作用力非常小,在当时没有足够精密的测量仪器的情况下,库仑是如何实现测量的?(2)当时连电荷量的单位都没有,库仑是如何比较电荷的多少的?主题3:对库仑定律的理解阅读教材中的相关内容,回答下列问题。(1)什么是点电荷?现实中存在点电荷吗?(2)有人根据

12、公式F=k推出当r0时F,你认为正确吗,为什么?(3)有人从计算质量分布均匀的球体之间的万有引力得到启发,认为均匀的带电金属球,不论距离远近都可以看作点电荷,可以将球心间距代入公式F=k计算两球之间的库仑力,你认为正确吗?请分析原因。 1.下列关于点电荷的说法正确的是()。A.点电荷就是体积很小的带电体B.形状不规则的带电体是不能被看作点电荷的C.只有电荷量很小的带电体才能被看作点电荷D.公式F=k只能用来计算点电荷之间的库仑力2.对于库仑定律的理解正确的是()。A.库仑定律适用于真空中的点电荷B.当半径为r的两带电小球相距为r时,可用库仑定律计算它们间的静电力C.在干燥空气中的两个点电荷间的

13、静电力可用库仑定律计算D.相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相同,它们各自所受的库仑力大小一定相等3.两个分别带有电荷量-Q和+3Q的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r的两处,它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其固定距离变为,则两球间库仑力的大小为()。A.FB.FC.FD.12F4.下列各图中A球系在绝缘细线的下端,B球固定在绝缘平面上,它们带电的种类以及位置已在图中标出。A球能保持静止的是()。拓展一、库仑定律的理解与应用1.真空中有两个完全相同的金属小球,A球带qA=6.4×10-16 C的正电荷,B球带qB=-3.2×10-16 C的负电

14、荷,均可视为点电荷。(1)当它们相距为0.5 m时,A、B间的库仑力为多大?(2)若将两球接触后再分别放回原处,A、B间的库仑力又为多大?拓展二、电荷(带电体)在库仑力作用下平衡2.如图所示,q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷,已知q1与q2之间的距离为l1, q2与q3之间的距离为l2,且三个电荷都处于平衡状态。(1)若q2为正电荷,则q1为电荷, q3为电荷。 (2) q1、q2 、q3三者电荷量大小之比是。 库仑定律课时1.3电 场 强 度1.知道电荷间的相互作用是通过电场实现的。知道场与实物是物质存在的两种不同性质。2.理解电场强度的定义、单位、方向。

15、体会用比值法定义物理量的方法。3.能推导点电荷的电场强度计算公式,并能使用公式进行相关的计算。4.知道电场强度的叠加原理,并能应用这个原理进行简单的分析和计算。5.知道电场线的定义和特点,会用电场线分析、描述电场的强弱和方向,知道几种特殊电场的电场线的分布特征。1.电场(1)带电体周围存在一种物质,这种物质是电场,电荷间的相互作用就是通过电场发生的,它是一种看不见的客观存在的物质,它具有力和能的特性。(2)电场最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。2.电场强度(1)引入电场强度的目的是描述电场的强弱,它所描述的是放入电场中的电荷所受力的性质;放入电场中某点的电荷所受的静电力与电荷量的比值,

16、叫电场强度。(2)电场强度定义式为,电场强度的单位为牛顿/库仑或N/C。 (3)电场强度是矢量,规定电场强度方向与正(填“正”或“负”)电荷在该点所受到的静电力的方向相同。 (4)电场的叠加:在同一空间,如果有几个静止电荷同时产生电场,那么空间某点的场强是各电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。合场强的计算应遵守平行四边形定则。3.电场线(1)为了直观地描述电场,英国物理学家法拉第(填人名)提出了用电场线描述电场的方法。(2)电场线:就是在电场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向表示该点的电场强度方向。电场线的疏密程度表示电场强度的大小。电场线并不是实

17、际存在的,它只是为了形象地描述电场而引入的一种假想的曲线。(3)匀强电场:场强的大小和方向都相同的电场叫匀强电场。匀强电场的电场线是一簇等间距的平行直线。主题1:电场阅读教材中“电场”部分的内容,回答下列问题。(1)法拉第是在什么情况下提出“电场”概念的?(2)变化的电磁场具有什么性质使我们说它具有物质性?主题2:电场强度(重点探究)阅读教材中“电场强度”部分的内容,回答下列问题。(1)在如图所示的实验中,带电金属球A通过什么对带电小球发生库仑力作用?把同一个带电小球分别挂在P1、P2、P3处时,发现受力的大小不同,这说明什么? (2)为什么实验中使用的试探电荷的电荷量和尺寸都必须足够小?(3

18、)如果图中的带电金属球A可以看作点电荷,且它所带电荷量为Q,那么在离A球距离为r 的位置依次放置点电荷q1、2q1、3q1其所受到的库仑力分别是多少?(4)为什么定义电场强度E=,却又说电场中某点的电场强度E与放在该处的试探电荷的电荷量q及其受到的静电力F无关?主题3:点电荷的电场与电场强度的叠加设一个点电荷的电荷量为+Q,在与之相距为r的A点放一试探电荷,其所带电荷量为+q,如图所示。(1)试利用电场强度定义及库仑定律推导A点的场强的大小,并确定A点场强的方向。(2)在点电荷形成的电场中,某点的场强大小由哪些因素决定?(3)如果空间中有几个点电荷同时存在,那么该如何确定某点的电场强度?它遵循

19、什么原则?主题4:电场线阅读教材“电场线”标题下面的内容,回答下列问题。(1)电场线是如何表示电场方向的?(2)电场线能不能相交?(3)电场线是如何表示电场强弱的?1.由电场强度的定义式E=可知,在电场中的同一点()。A.电场强度E跟F成正比,跟q成反比B.无论试探电荷所带的电荷量如何变化,始终不变C.电场中某点的场强为零,则在该点的电荷受到的静电力一定为零D.一个不带电的小球在P点受到的静电力为零,则P点的场强一定为零2.一个试探电荷q在电场中某点受到的静电力为F,该点的电场强度为E,下面四幅图中能正确反映q、E、F三者关系的是()。3.如图所示,a、b两点为负点电荷Q产生的电场中以Q为圆心的同一圆周上的两点,a、c两点为同一条电场线上的两点,以下说法中正确的是()。A.a、b两点电场强度大小相等B.同一试探电荷在a、b两点所受静电力相同C.a、c两点电场强度大小关系为Ea>EcD.a、c