《两种电荷》教案

《两种电荷》教案教学目标教学目标：认识摩擦起电现象，会运用摩擦起电的知识解释一些简单的相关现象。通过实验探究探究两种电荷及电荷间的相互作用规律，感受和领悟人们在认识“自然界中只有两种电荷”的过程中所运用的推理方法。知道验电器的构造、作用及工作原理，知道电荷量及其单位。知道原子及其结构、摩擦起电的原因。认识导体和绝缘体，了解电荷的定向移动和自由电子。教学重点：通过摩擦起电现象认识自然界存在两种电荷，知道电荷间的相互作用规律。教学难点：对电荷的认识。通过实验推理，得出“只有两种电荷”的逻辑推理过程。教学过程时间教学环节主要师生活动摩擦起电请学生先看一段录像。用人造纤维制作的衣服，其表面经常会吸起一些轻小的物体，很难掸掉。这是为什么呢观看小实验：这是一根塑料棒，将它靠近一些碎纸屑，没有明显的现象发生；现在我们用一块毛巾摩擦塑料棒，再将它靠近碎纸屑，碎纸屑被吸引了起来。实验现象说明塑料棒经过摩擦后发生了一些变化，发生了什么变化呢？我们说摩擦过的塑料棒带了“电”，或者说带了电荷；而带电体能够吸引轻小物体；我们身上穿的化纤衣物经过摩擦后也带上了电荷，容易吸附一些纤维、灰尘等轻小的物体。使物体带电的方式有多种，用摩擦的方法使物体带电，叫做摩擦起电。再来看几个有趣的摩擦起电现象：纸巾摩擦过的气球可以吸引易拉罐；气球与头发摩擦后可以吸在墙上；而让它靠近水流时，水流被吸引；用塑料梳子梳头，头发会随着梳子飘起来。两种电荷和电荷间的相互作用带电体能够吸引轻小物体。那么带电体之间有没有相互作用呢？我们用下面的器材来进行探究，器材包括橡胶棒、毛皮、玻璃棒、丝绸和支架。实验过程：用一块丝绸摩擦两根玻璃棒使其带电，老师将其中一根放在支架上，手持另一根玻璃棒与之靠近，看到两根玻璃棒互相排斥；再用毛皮摩擦两根橡胶棒，让它们相互靠近我们看到两根橡胶棒也互相排斥；用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近丝绸摩擦过的玻璃棒，我们看到两者互相吸引。通过刚才的实验，我们首先能够确认，电荷间有相互作用。在这个基础上我们再来分析电荷间相互作用的特点。同一块丝绸摩擦过的两根玻璃棒所带电荷的种类应该是相同的，它们之间互相排斥；同一块毛皮摩擦过的两根橡胶棒所带电荷的种类也应该是相同的，它们之间也是互相排斥；而丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引，这说明玻璃棒和橡胶棒所带电荷的种类是不同的。其他带电体的带电种类又是怎样的呢？我们该如何确定？我们可以像前面一样通过电荷间的相互作用特点来判断。下面，我们就通过实验来进行分析一根带电的塑料棒。我们看到，带电的塑料棒，与橡胶棒互相排斥，与玻璃棒互相吸引。你能根据实验现象判断这根塑料棒的带电种类吗?让我们再回忆一下上一个实验，橡胶棒与橡胶棒互相排斥，橡胶棒与玻璃棒互相吸引。通过两个实验的对比，我们有理由判断，这根塑料棒应该与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷种类相同。然后用气球替换塑料棒，再做一次实验。气球与玻璃棒互相排斥，和橡胶棒互相吸引，用和前面相同的方法，我们可以判断这个气球与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷种类相同。让我们来总结一下，毛皮摩擦过的橡胶棒和丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷是两种不同种类的电荷；我们分析了另外两个带电体，它们的电荷种类分别与橡胶棒或玻璃棒相同。其实，许多科学家做了大量的实验研究，结果与咱们的发现一样，无论用什么方法使物体带电，物体所带的电荷或者和丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷相同，或者和毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷相同，从没有发现过第三种电荷。事实证明，自然界只有两种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷；把用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷。大家注意这个句子中的定语，用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷是正电荷，如果是其他材质的物体与玻璃棒摩擦，玻璃棒带的电荷就不一定是正电荷了；负电荷的定义也是如此，请大家注意。通过上面的实验和推理过程，我们还可以知道电荷间的相互作用规律是“同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引”。其实，带电体吸引轻小物体，从本质上来讲，也是电荷间的相互作用。电荷量物体所带的电荷有多有少，电荷的多少叫做电荷量，也可简称电荷；电荷量的单位是库仑，简称库；单位库仑用大些字母C来表示。实验室中使用的玻璃棒或橡胶棒，经摩擦后所带的电荷量大约只有10-7C；验电器通过前面的学习，我们知道，要想判断一个物体是否带电，我们可以看看它是否吸引轻小物体，也可以通过观察它和已知带电体之间的相互作用来判断。实验室里有一种检验物体是否带电的仪器，叫做验电器。验电器的主要由金属球、金属杆、金属杆下面悬挂的两片金属箔、外壳以及绝缘垫等组成。我们来看一下它的使用方法。当被检验的物体接触验电器的金属球时，若原本自然下垂的金属箔张开了一定角度，就说明被检验的物体带电。验电器的工作原理是什么呢？当带电体接触验电器的金属球时，有一部分电荷通过金属球、金属杆，转移到了两片金属箔上，这两片金属箔带同种电荷，由于互相排斥而张开了。可见，验电器的工作原理是“同种电荷互相排斥”。原子及其结构下面我们来解释一下摩擦起电的原理。我们知道常见的物质是由分子、原子构成的，分子也是由原子构成的。那么原子还能不能再分呢？20世纪初科学家发现，原子也有进一步的结构，它的中心是带正电的原子核，在原子核周围，有一定数目的电子在核外运动。电子本身带负电，所带电荷量为1.6×10-19C。摩擦起电的解释：在通常情况下，原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等，例如，氢原子核带一个单位正电荷，核外有一个电子；氦原子核带两个单位正电，核外有两个电子。此时原子整体不显电性，物体对外也不显示带电。原子核与核外电子之间互相吸引，电子在原子核的束缚下绕核运动。但是不同物质的原子核束缚核外电子的能力不同。例如，丝绸和玻璃，相比之下，玻璃的原子核对电子的束缚能力较弱，当玻璃棒与丝绸摩擦时，就会有一部分电子从玻璃棒转移到丝绸上，这样玻璃棒由于缺少电子而带上了正电；同时丝绸由于得到了多余的电子而带上了负电。可见摩擦起电并没有创造电荷，只是电子在不同物体间发生了转移，使正、负电荷分开了。当然，原子核对核外电子的束缚能力强弱是相对的，大家看表中所列举的这些物质，从左向右，原子核对核外电子的束缚能力越来越强，所以表中两种物质互相摩擦时，左侧的物质将失去电子而带正电，而右侧的物质将得到电子而带负电。我们看到丝绸和玻璃棒、毛皮和橡胶棒的带电情况就是这样的。我们也可以推知，若金属和毛皮摩擦，金属将带负电，而毛皮将带正电。导体和绝缘体让我们一起来观察一下金属的摩擦起电现象。手持金属棒与毛皮摩擦，我们没有观察到金属棒吸引轻小物体的现象；带上橡胶手套后再握住金属棒做实验，我们观察到金属棒真的能吸引轻小物体了。为什么会有这样的区别？金属棒、手和橡胶手套有什么不同的电学性质吗？利用两个验电器进行进一步研究:让左侧的验电器带电，右侧验电器不带电。接下来，老师将分别用塑料棒和金属棒连接两个验电器，请同学们注意观察两对金属箔的张角变化。用塑料棒连接两个验电器的金属球时，两验电器的金属箔无动作；用金属棒连接两个验电器金属球时，右侧验电器的金属箔张开了，同时，左侧验电器的金属箔张角变小了，这说明此时有一部分电荷通过金属棒从左侧转移到了右侧，金属棒允许电荷通过，物理中称金属棒可以导电。容易导电的物体叫做导体。常见的导体有金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等。导体之所以导电，是因为导体中含有大量的自由电荷。例如在金属中大部分电子被原子核束缚在原子范围内，但也有一部分电子能够脱离原子核的束缚，在整块金属中自由移动，这种电子就叫做自由电子。自由电子是自由电荷的一种。模拟导体导电的微观过程:左侧验电器A与毛皮摩擦过的橡胶棒接触后，带上了负电，也就是说验电器A中有一些多余的电子；而金属棒中含有大量的自由电子；金属棒中的自由电子平时在金属中做无规则的热运动，当金属棒接触A时，这些自由电子在A的斥力作用下沿棒向右定向移动，有一部分转移到了右侧的验电器B上，使B也带上了负电。这就是金属棒导电的过程。刚才的实验中我们看到塑料棒连接两个验电器时，验电器张角不变，说明塑料棒不能导电。我们把不容易导电的物体称为绝缘体，常见的绝缘体有橡胶、玻璃、塑料、空气、油等。绝缘体不容易导电是因为绝缘体中几乎没有自由电荷。分析前面金属的摩擦起电现象:金属和人体都是导体，金属棒和毛皮摩擦产生的电荷很快经过人体导入大地，电荷无法在金属棒上留存；橡胶手套是绝缘体，电荷不能通过，金属棒上的电荷就留存了下来。导体和绝缘体在生产、生活中各有所用。例如家中的开关和用电器的外壳多数是用塑料制成的，极大程度上避免了触电事故的发生；输送电能的输电线是用铜这种导体制成的；油罐车的后面拖着一条与地面接触的静电带，静电带里含有铜丝这种导体，能将油罐车上产生的静电及时导入大地，避免因为火花放电带来事故。小结及布置作业本节课分为三部分，在第一部分，我们了解了自然界中只有两种电荷，以及电荷间的相互作用规律。在第二部分，我们在原子结构的基础上了解了摩擦起电的原因；最后我们认识了导体和绝缘体。本节课的作业如下，基础性作业是完成“学生资源”中的课后练习；拓展性作业是观察生活、生产中，哪些地方用到了绝缘体、哪些地方用到了导体。知能演练提升能力提升1.小球在带正电的物体附近被排斥,则小球()A.一定带正电 B.一定带负电C.可能带负电 D.一定不带电2.如图所示,用毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球,验电器的金属箔张开,以下说法正确的是()A.摩擦过程中创造了电荷B.摩擦过的橡胶棒带正电荷C.经橡胶棒接触后的验电器带正电荷D.金属箔张开是由于同种电荷相排斥3.三个轻质泡沫小球甲、乙、丙之间相互作用时的情景如图所示,已知甲球带正电,下列判断正确的是()A.乙、丙两球一定带同种电荷B.乙、丙两球一定带异种电荷C.丙球可能带负电D.丙球可能带正电4.运送燃油的油罐车的尾部有一根铁链一直拖到地上,这是为了()A.使车辆更加美观B.增大车受到的摩擦力C.用于固定油箱D.将摩擦产生的电荷导走,避免燃油起火5.下列有关电的知识判断错误的是()A.自然界只有两种电荷,正电荷和负电荷B.电子带负电,所带电荷量为1.6×10-19CC.能导电的物体叫作导体,不能导电的物体叫作绝缘体D.一个氦原子,其核中有2个正电荷,其核外有2个电子6.以下几组材料都是绝缘体的是()A.橡胶、玻璃、塑料B.玻璃、大地、塑料C.人体、空气、石墨D.食盐水溶液、金属、水7.部分不同物质的原子核对电子束缚能力强弱的排序如图所示,毛皮与图中的摩擦最容易起电,且它们摩擦后毛皮带(选填“正”或“负”)电。

8.氧的原子核有8个正电荷,它的原子核外有个电子,这些电子总共带有库仑的电荷。

9.电视机的荧光屏上经常粘有灰尘,这是因为电视机工作时,屏幕上有,而具有的性质。

探究创新★10.小明对“自然界中只有两种电荷”感到怀疑,请你帮他进行推测和实验,并总结出结论。(1)推测:_________________________________________________________________。

(2)实验一:用丝绸摩擦过的两根玻璃棒A1、A2靠近相互排斥,用毛皮摩擦过的两根橡胶棒B1、B2靠近相互排斥,但A1、B1或A2、B2靠近却相互吸引。推理1:这个现象说明A1和A2、B1和B2分别带的是电荷,而A1和B1、A2和B2分别带的是电荷,因此自然界至少有电荷。

(3)实验二:用摩擦的方法使其他物体带电,实验发现带电后的物体凡是与A1、A2相互吸引的必定跟B1、B2相互排斥,凡是与B1、B2相互吸引的必定与A1、A2相互排斥。推理2:任何一个带电体所带电荷,要么与A1、A2是同种电荷,要么与B1、B2是同种电荷,不存在电荷。

(4)结论:________________________________________________________________。

知能演练·提升1.A小球被排斥,根据同种电荷互相排斥的规律可知,小球一定带正电。2.D摩擦起电现象是通过摩擦的方式使电荷发生了转移,而不是创造了电荷,故A错误;用毛皮摩擦过的橡胶棒得到电子带负电,故B错误;带负电的橡胶棒接触验电器后验电器带负电,故C错误;接触后验电器的金属球和两个金属箔片上都带上了负电,由于同种电荷相互排斥,其两个金属箔片会张开,故D正确。3.C由题图知,甲球与乙球靠近时相互排斥,已知甲球带正电,根据同种电荷相互排斥可知,乙球一定带正电;甲球与丙球靠近时相互吸引,根据异种电荷相互吸引可知,丙球可能带负电,但带电体能够吸引不带电的轻小物体,所以丙球也可能不带电。综合分析可知,乙球带正电,丙球可能带负电,也可能不带电,只有C说法正确。4.D油罐车的尾部拖有一根铁链,主要是为了将运送燃油过程中因摩擦而产生的电荷导入大地,从而避免燃油起火。5.C自然界中只有正、负两种电荷,故选项A正确,不符合题意;电子带负电,一个电子所带的电荷量是1.6×10-19C,故