9.1 电荷 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章 静电场及其应用 第1节 电荷 课堂引入 用毛皮摩擦后的橡胶棒靠近碎纸屑时， 你发现了什么现象？让橡胶棒带电的方式是什么？ 一、电荷 1.电荷的发现 公元前600年左右，古希腊学者泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体。 公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中也写下“顿牟掇芥”一词。 一、电荷 1.电荷的发现 美国科学家富兰克林发现雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同，并命名了正电荷和负电荷。 16世纪英国科学家吉尔伯特创造了英语中的“electricity”（电）这个词。 正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。 负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。 注意：自然界中只存在两种电荷 一、电荷 2.电荷的种类 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 一、电荷 3.电荷量 (1)电荷的多少叫电荷量,用Q或q表示； (3)正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。正负不代表大小，只表示电性。 (2)国际单位：库仑，简称库，符号：C 二、物质的微观结构 离原子核较远的电子容易受外界的作用而脱离原子 2.物体带电原因 实质：电子的得与失 1.原子的构成 原子 原子核 核外电子 质子 中子 （正电） （不带电） （中性） （负电） （正电） 3.金属的微观结构 (1)金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电子（free electron）; (2)失去自由电子的原子便成为带正电的离子（ion），它们在金属内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动。 (3)金属导电原因 金属中有自由电子，自由电子可自由穿梭。 二、物质的微观结构 三、起电的三种方式 1.摩擦起电 不同物体对电子的束缚能力不同。摩擦过程中，（对电子的束缚能力强的）物体得到电子带负电，（对电子的束缚能力弱的）物体失去电子带正电。 动画演示点击播放 三、起电的三种方式 【思考】 为什么摩擦起电的材料是绝缘体而不是导体? 提示　如果是导体,即使摩擦出现电荷转移,也会因为自由电子在导体中自由移动而迅速中和,所以导体摩擦不会起电,而绝缘体中几乎不存在自由移动的电荷,所以摩擦后转移的电荷不容易再中和。 典例分析 BD 例1 (多选)关于摩擦起电现象,下列说法正确的是(　　) A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子 B.两种不同材料的不带电的绝缘体互相摩擦后,同时带上等量异种电荷 C.摩擦起电,可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的 D.丝绸摩擦玻璃棒时,电子从玻璃棒上转移到丝绸上,玻璃棒因质子数多于电子数而显正电 当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，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异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。这种现象叫做静电感应。 利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。 感应起电并没有产生新的电荷，而是在带电体的作用下，导体上的电荷从导体的一部分转移到了另一部分。 三、起电的三种方式 2.感应起电 接触后 再分开 接触后 再分开 把带电体与中性导体接触，使中性导体带电的过程，叫做接触起电。 结论：两个完全相同的导体,接触后再分开, 二者将原来所带电量的总和平均分配。 三、起电的三种方式 3.接触起电 验电器和静电计 作用： ①检验物体是否带电 ②粗略判断物体带电的多少 原理：同种电荷互相排斥 结构：金属球、金属杆、金属箔等 三、起电的三种方式 典例分析 D 例2 如图所示,一对带绝缘支柱的导体M、N彼此接触,且均不带电,贴在两端下部的两金属箔均是闭合的。当把带正电荷的物体P移近导体M时,下列说法正确的是(　　) A.M下部的金属箔张开,N下部的金属箔闭合 B.M下部的金属箔闭合,N下部的金属箔张开 C.M左端感应出正电荷,N右端感应出负电荷 D.若先用绝缘工具把M、N分开,再移去P,则M带负电,N带正电 典例分析 例3 如图所示,不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后,P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷,则以下说法正确的是(　　) A.若用导线将Q接地,然后断开,再取走导体A, 则导体B将带负电 B.若用导线将Q接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带正电 C.若用导线将Q接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将不带电 D.若用导线将P接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带正电 A 起电方式 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生 条件 一般是两不同 绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 导体与带电导体接触 现象 两物体带上 等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同” 导体上带上与带电体相同电性的电荷 原因 原子核对电子束缚力弱的物体失去电子，强的得到电子 导体中的自由电子在电荷间力的作用下，从物体的一端转移到另一端 在电荷间力的作用下，自由电子从一个物体转移到另一个物体 实质 均为电子在物体之间或物体内部的转移 三、起电的三种方式 总结提升 1.只有导体中的电子才能自由移动。绝缘体中的电子不能自由移动,所以导体能够发生感应起电,而绝缘体不能。 2.凡是遇到接地问题时,该导体与地球可视为一个更大导体,而且该导体可视为近端,带异种电荷,地球可视为远端,带同种电荷,如图。 四、电荷守恒定律 (1)如图所示,在摩擦起电的过程中,电子由玻璃棒移向丝绸,玻璃棒带上正电荷,丝绸带上负电荷,该过程是否创造了电荷?在整个系统中,电荷的总量会增加或减少吗? (2)物体所带的电荷量可以是任意的吗?物体所带的电荷量可以是4×10-19 C吗? 提示　(1)摩擦起电的过程并没有创造电荷。一个封闭的系统中,电荷的总量保持不变。 (2)物体所带的电荷量不是任意的,它只能是1.60×10-19 C的整数倍。由于4×10-19 C是1.60×10-19 C的2.5倍,所以物体所带的电荷量不能是4×10-19 C。 表述一：电荷既不能创生,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变。 表述二： 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。 四、电荷守恒定律 + + + + 四、电荷守恒定律 【思考】 1.两个导体带有等量的异种电荷,当两导体相互接触时发生电中和,即对外不显电性,此过程是不是说明电荷消失了? 提示　电荷的中和并不是指电荷消失,而是指带等量异种电荷的两物体接触时,经过电子的转移,物体达到电中性的过程。 2.对“电荷的总量保持不变”中“电荷的总量”是怎么理解的? 提示　“电荷的总量”是指电荷的代数和。 五、元电荷 1.元电荷：最小的电荷量 一个电子或质子所带电量绝对值等于元电荷。它的数值最早是由美国科学家密立根测定的。 3.比荷：电荷量与质量的比值叫做比荷 2.所有带电体的电荷量都是e的整数倍，即q=ne（n为整数）。电荷量是不能连续变化的物理量。 典例分析 例4 (人教版P5练习与应用3T改编)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大小分别为QA、QB,则下列结论正确的有(　　) A.沿虚线c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,且QA=QB D 典例分析 例5 完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量,相隔一定的距离,让第三个完全相同的不带电金属小球C,先后与A、B接触后移开。 (1)若A、B两球带同种电荷,求接触后两球带电荷量大小之比; 答案　2∶3 (2)若A、B两球带异种电荷,求接触后两球带电荷量大小之比。 答案　2∶1 电荷 电荷 物体的三种起电方式 电荷守恒定律、元电荷 两种电荷 电荷量 摩擦起电 接触起电 电荷守恒定律 感应起电 验电器 元电荷 课堂小结 第二部分 教学阐释 一、教材解析 1.内容地位：本节是静电场模块的开篇，核心内容包括电荷的基本概念、起电方式、电荷守恒定律及元电荷，是后续学习库仑定律、电场强度等知识的基础。 2.知识逻辑：从宏观现象（摩擦起电）切入，逐步深入微观本质（电子转移），通过实验探究和理论分析构建知识体系，体现 “现象 — 本质 — 规律” 的认知路径。 3.学科价值：通过介绍泰勒斯、富兰克林等科学家的研究历程，渗透科学史教育；利用密立根油滴实验素材，培养实证精神和科学探究能力。 二、学情分析 1.知识基础：学生已掌握原子结构（原子核、核外电子）的基本概念，对摩擦起电现象有初步认知，但缺乏对电荷本质、起电微观机制的系统理解。 2.能力特点：具备一定的观察分析能力和逻辑推理能力，但抽象思维能力较弱，需通过直观实验和类比模型帮助理解电荷转移的微观过程。 3.认知障碍：易混淆 “电荷产生” 与 “电荷转移”，对感应起电中 “近异远同” 规律和电荷守恒定律的深层理解存在困难。 三、目标定位 目标维度 具体内容 物理观念 1. 理解电荷的本质，知道自然界仅存在两种电荷（正 / 负电荷）及相互作用规律。2. 能从微观角度解释起电现象，认识电荷守恒定律的普适性。3. 知道元电荷、电荷量、比荷的概念，明确电荷量的量子化特征。 科学思维 1. 通过对起电过程的分析，建立 “电荷转移” 模型，培养抽象概括能力。2. 运用守恒思想分析带电体接触、感应等问题，提升逻辑推理能力。 科学探究 1. 通过摩擦起电、感应起电实验，观察现象并归纳规律，体验科学探究的基本方法。2. 通过 “导体接地后电荷分布” 的问题讨论，培养批判性思维和创新意识。 科学态度与责任 1. 通过科学史案例（如密立根油滴实验），体会科学研究的严谨性和创新性。2. 关注静电现象在生活中的应用与危害，树立物理知识服务于社会的意识。 四、基本理念 1.素养导向：以物理观念（电荷守恒）、科学思维（模型建构）、科学探究（起电实验）、科学态度与责任（科学史渗透）为核心，设计探究活动。 2.情境驱动：通过生活实例（静电现象）、实验演示（感应起电）和问题链（如 “为何导体摩擦不易起电”）激发认知冲突，引导深度学习。 3.分层递进：从现象观察（摩擦起电）→微观解释（电子转移）→规律总结（电荷守恒）→量化认知（元电荷）逐步提升，符合学生认知规律。 五、教学重难点 重点 难点 1. 三种起电方式的原理（摩擦起电、感应起电、接触起电）。 2. 电荷守恒定律的理解与应用。 3. 元电荷的概念及电荷量的量子化特征。 1. 感应起电中自由电子的移动方向判断（“近异远同” 规律）。 2. 电荷守恒定律在复杂情境中的应用（如带电体接地、多物体接触）。 3. 对 “电荷量不能连续变化” 的微观本质理解。 教学环节 教学内容 方法与策略 引入 静电现象演示、科学史介绍 实验激趣法、情境导入法 电荷概念 电荷种类、相互作用、电荷量 实验归纳法、讲授法 微观结构 原子模型、自由电子 模型建构法、小组讨论法 起电方式 摩擦 / 感应 / 接触起电原理 实验探究法、动画模拟法、问题驱动法 守恒定律 定律表述、应用辨析 案例分析法、误区纠正法 元电荷 密立根实验、电荷量量子化 科学史渗透法、数据对比法 五、方法与策略 “ 感谢聆听 $$