《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、生活中經常受到靜電的困擾。記者隨機采訪20個讀者、網友,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.經歷摩擦起電和感應起電的實驗過程,了解使物體帶電的方法,能從物質微觀結構的角度認識物體帶電的本質。 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.關注存在元電荷的事實,知道元電荷的

2、概念,知道電荷量不能連續(xù)變化。 1.電荷 (1)電荷是物質的一種屬性,自然界中有兩種電荷,物理學中規(guī)定,用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫作①正電荷;用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫作②負電荷。 (2)電荷之間存在相互作用,同種電荷相互③排斥,異種電荷相互④吸引。 (3)原子核的⑤正　電荷數量與核外電子的⑥負　電荷數量一樣多,所以整個原子對外界較遠的位置表現為⑦電中性。 (4)電荷的多少叫⑧電荷量。在國際單位制中,它的單位是庫侖,簡稱⑨庫　,用符號⑩C　表示。 (5)元電荷:科學實驗中發(fā)現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

3、常取e=1.6010-19C。實驗還發(fā)現,所有帶電體的電荷量都是一個最小量的整數倍,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。物理學中把這種現象叫作靜電感應。 3.電

4、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移到另一個物體,或者從物體的一個部分轉移到另一個部分,在轉移的過程中,電荷的總量保持不變。 (2)近代物理實驗發(fā)現,在一定的條件下,帶電粒子可以產生和湮滅。因此,電荷守恒定律現在的表述是一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數和保持不變。 　　主題1:探究電荷 閱讀教材中的相關內容,回答下列問題。 (1)物質的微觀結構是怎樣的?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摩擦都會帶正電,你認為這種說法對么? 　　

5、主題2:實驗——感應起電 閱讀教材中相關內容,完成“感應起電”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,物體帶電的本質是什么。 (2)閱讀教材中相關內容,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

6、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內容,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常有許多灰塵,這主要是因為(　　)。 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,經過一段時間后,發(fā)現該小球上帶有的負電荷幾乎不存在

7、了。這說明(　　)。 A.小球上原有的負電荷逐漸消失了 B.在此現象中,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.該現象是由于電子的轉移引起的,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.乙圖中兩球至少有一個帶電 4.下列敘述正確的是(　　)。 A.感應起電是創(chuàng)造電荷的過程 B.接觸起電是電荷轉移的過程 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

8、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,電子如何轉移并轉移了多少? 　　拓展二、對感應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,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

9、.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①電荷量的增大而增大

10、,隨②電荷間距離的增大而減小。 2.庫侖定律 (1)內容:真空中兩個靜止③點電荷之間的相互作用力,與它們的④電荷量的乘積成正比,與它們間的距離的⑤平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。 (2)表達式:F=⑥　　　。公式中的k叫作靜電力常量,其數值是k=⑦9.0109 Nm2/C2。 (3)適用條件:a.在⑧真空環(huán)境中;b.靜止的⑨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⑩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

11、扭秤實驗是通過金屬絲扭轉角度比較靜電力F的大小的,實驗結果發(fā)現靜電力F與距離r的平方成反比。 (2)庫侖在實驗中為研究靜電力F與q的關系,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,結果發(fā)現靜電力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”的內容,回答下列問題。 (1)在探

12、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系? (2)在電荷量不變的情況下,探究電荷間作用力與電荷間距離的關系,應怎樣操作實驗?結論是什么? (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系,應怎樣操作實驗?結論是什么? 　　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

13、:對庫侖定律的理解 閱讀教材中的相關內容,回答下列問題。 (1)什么是點電荷?現實中存在點電荷嗎? (2)有人根據公式F=k推出當r→0時F→∞,你認為正確嗎,為什么? (3)有人從計算質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

14、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.F　　　　　　B.F　　　　　　C.F　　　　　　D.12F 4.下列各圖中A球系

15、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、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, q

16、2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的。知道場與實物是物質存在的兩種不同性質。 2.理解電場強度的定義、單位、方向。體

17、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的計算。 4.知道電場強度的疊加原理,并能應用這個原理進行簡單的分析和計算。 5.知道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,這種物質是①電場,電荷間的相互作用就是通過②電場發(fā)生的,它是一種看不見的客觀存在的物質,它具有力和能的特性。 (2)電場最基本的性質是③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;放入

18、電場中某點的電荷所受的④靜電力與⑤電荷量的比值,叫電場強度。 (2)電場強度定義式為⑥　　　　,電場強度的單位為⑦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⑧　正(填“正”或“負”)電荷在該點所受到的靜電力的方向相同。 (4)電場的疊加:在同一空間,如果有幾個靜止電荷同時產生電場,那么空間某點的場強是各電荷單獨存在時在該點所產生的場強的矢量和。合場強的計算應遵守⑨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⑩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

19、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使我們說它具有物質性? 　　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

20、帶電小球分別掛在P1、P2、P3處時,發(fā)現受力的大小不同,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? 　　主題3:點電荷的電場與電場強度的疊加 設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

21、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

22、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三者關系的是(　　)。 3.如圖所示,a、b兩點為負點電荷Q產生的電場中以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系為Ea>Ec D.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

23、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點的電場強度。

24、(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