第1节 静电的产生及其微观解释（表格式教学设计）物理鲁科版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦静电产生的两种方式（摩擦起电、感应起电）、电荷守恒定律及微观解释，以富兰克林风筝实验和生活静电现象导入，引导学生从宏观现象探究微观本质，搭建“现象-规律-本质”的学习支架。 资料亮点在于融合实验探究与微观建模，通过摩擦气球吸引肥皂泡等演示实验、家庭课外实验及感应起电视频，培养科学探究能力，结合金属微观结构动画解释电子转移，深化科学思维中的模型建构，联系静电应用与危害渗透科学态度与责任，助力学生提升微观认知与探究能力，为教师提供丰富教学资源，提升课堂实效。

第1节 静电的产生及其微观解释（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第1节 静电的产生及其微观解释 教学 目标 物理观念 能理解静电产生的两种方式（摩擦起电、感应起电），明确电荷守恒定律，建立“静电源于电荷转移”的微观物理观念。 科学思维 能从原子结构角度推导静电产生的微观机制，分析不同起电方式的电荷变化逻辑，提升科学推理与微观建模能力。 科学探究 能参与“探究摩擦起电后物体带电性质”的实验，学会使用验电器检验电荷，通过现象分析得出起电规律，提升探究能力 科学态度 与责任 通过了解静电在生活中的应用与危害，树立“趋利避害运用物理知识”的科学责任意识。 教学重难点 理解静电产生的两种方式及电荷守恒定律的内涵。（重点） 从原子结构角度解释静电产生的微观机制。（难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1752年6月的一个雷雨天，美国科学家富兰克林冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，要把天电引下来看一看，他成功引下天电做了大量的电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质，由此统一了自然界中的“天电”和“地电”，揭开了自然界中电现象神秘的面纱。你知道生活中有哪些与电相关的现象？有哪些静电现象？ 列举亲身经历现象 新课讲授 一、电荷 摩擦后的绝缘体具有吸引轻小物体的性质，称物体带电。美国科学家富兰克林通过实验发现有两种性质不同的电，将其命名为正电荷和负电荷。自然界的电荷只有两种。 电荷量(Q或q)：带电体所带电荷的数量 单位：库 符号 C 问题：如何使不带电的物体带电？ 演示实验1 摩擦后的气球吸引肥皂泡 塑料环和气球相互排斥 问题1：摩擦后的两个物体分别带什么电荷？电荷量相等吗？ 问题2：摩擦起电的实质是什么？ 教师播放摩擦起电仿真课件，学生观看课件，思考问题。 气球和摩擦起电 师：摩擦是如何使毛衣和气球带电的？它们分别带什么电荷？ 生：毛衣上的电子转移到气球上面。毛衣失去电子，带正电，气球得到电子，带正电。 师：毛衣和气球所带电荷量的绝对值相等吗？ （部分同学犹豫，部分同学认为电荷量绝对值相等。） 生1：我认为毛衣带的正电荷和气球带的负电荷电荷量相等。 师：你的理由是什么？ 生1：毛衣失去电子的数量等于气球得到电子的数目。 归纳总结：摩擦起电的实质是电子物体间的转移。 问题3：摩擦起电的物体是绝缘物质还是导体？ 问题4：导体经摩擦后能带电吗？能吸引轻小物体吗？ 课外实验：学生在家庭中自行实验，利用干毛巾摩擦铁片物体，用碎纸屑作为轻小物体，用智能手机记录下实验过程。和全班同学分享实验过程和实验结果。 问题：除了摩擦使物体带电，还有哪些使物体带电的方法？ 讨论并回答问题 新课讲授 二、静电感应 师生阅读教材“做一做”验电器和静电计部分，了解验电器和静电计如何检验物体是否带电。 演示实验2 教师播放感应起电实验视频 实验过程与现象 1 将两个枕形导体分别与静电计接触，指针不偏转，两个枕形导体均不带电。 2 用丝绸摩擦玻璃棒，使玻璃棒带正电。 3 将两个枕形导体接触，玻璃棒靠近枕形导体A。移动枕形导体A，使枕形导体A和B分离。 4 将枕形导体B与静电计接触，指针偏转，说明枕形导体B带电。用手触摸静电计上方金属球，接地。将枕形导体A与静电计接触，指针偏转，说明枕形导体A带电。 5 将带正电的玻璃棒靠近被绝缘线悬挂的通草球，通草球被玻璃棒吸引，二者接触，通草球带正电荷。 6 将枕形导体A靠近通草球，细线偏向枕形导体A；将枕形导体B靠近通草球，细线偏离枕形导体B。 通草球带正电 通草球被吸引 通草球被排斥 问题1：枕形导体A、B分别带哪种电荷？你是如何判断的？ 问题2：枕形导体A、B原来不带电，后来是如何带上异种电荷的？金属在微观上的构造有何特点？ 教师结合PPT介绍结束微观结构模型。 金属由带正电的离子实和大量自由电子构成。离子实固定不动，自由电子在整个金属导体内部运动。 问题3：根据金属微观结构模型，你能描述感应起电的过程吗？ 生1：将带正电的玻璃棒靠近枕形导体，正电荷对负电荷有吸引力作用，使得负电荷移动。 师：正电荷在哪里？负电荷是指什么？负电荷在哪里？ 生1：玻璃棒带正电，玻璃棒上的正电荷对枕形导体上的自由电子有吸引力作用，使得自由电子向玻璃棒靠近。 师：导体内部的正电荷（离子实）受玻璃棒的排斥力吗？ 生1：受排斥力。 师：离子实是否会运动，远离玻璃棒？ 生1：……（不确定，无法回答）。 师：回想下金属微观结构模型离子实的特点。 生1：离子实受束缚作用，离子实不动。 师：回答得很正确。离子实也会受到玻璃棒正电荷的排斥力，但离子实还受到其他束缚作用，离子实可以认为固定不动。 师：电子靠近玻璃棒，枕形导体A聚集大量的自由电子，带负电；而枕形导体B由于自由电子运动到A上去，失去电子，枕形导体B上的正电荷多于负电荷，枕形导体B带正电。请大家观看感应起电模拟动画。 问题4：感应起电的实质是什么？(自由电子在导体上发生定向移动) 接触起电：将带电导体与不带电的另一导体相接触，接触后两个导体都带电. 特别地，将带电量为Q的金属球与两一完全相同的金属球接触，二者均带Q/2的电量. 播放接触起电PPT模拟动画： 问题：接触起电的实质是什么？ 思考与讨论：三种起电方式，创造出新的电荷了吗？起电过程总电荷量是否变化？ 对几种起电方式的理解 新课讲授 三、电荷守恒定律 通过对前面摩擦起电和感应起电的方式的总结，得出物体带电的原因都是电荷的转移，并没有产生新的电荷，知道电荷总数保持不变。 【提问1】对比几种不同起电方式，在起电过程中有没有电荷增加？ 【提问2】电中性的物体有无电荷的存在？ 【提问3】所谓的电荷中和是不是正负电荷一起消失？ 【提问4】如何理解“电荷总量保持不变”？ 【提问5】正负电子产生和湮灭，电荷总量是否改变？ 电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变. 阅读课本元电荷内容，了解电荷量、元电荷、比荷这些物理概念 【提问1】电荷的多少如何表示？它的单位是什么？ 【提问2】什么是元电荷，由谁测量出来？ 【提问3】带电体电荷量有什么特点？ 【提问4】所有带电体的电荷量都是e的整数倍，也就是说，电荷量是一个不能连续变化的物理量，同学们知道这是为什么吗？ 【提问5】什么是比荷，电子的比荷是多少？ 【播放视频】验电器与静电计。 【提问】验电器的主要结构有哪些？ 【提问】验电器的工作原理是什么？ 【提问】验电器的作用有哪些？ 【例题1】某同学采用如图装置做静电感应的实验：在绝缘支架上的金属导体M和金属导体N按图中方向接触放置，原先M、N都不带电，先让开关S1、S2均断开，现在将一个带正电小球P放置在M左侧，则下列说法正确的是（　　） A．若开关S1、S2均断开，导体M左端带正电，导体N右端带负电 B．若开关S1、S2均闭合，则导体M和导体N均不带电 C．若只闭合开关S1，接着将MN分开，再移走带电小球，则导体N不带电 D．若只闭合开关S2，接着移走带电小球，最后将MN分开，则导体M带负电 【答案】C 【详解】若开关S1、S2均断开，由静电感应，导体M左端（近端）带负电，导体N右端（远端）带正电，A错误；、均闭合时，导体M端（近端）会感应异种电荷，带负电；N端通过接地线使金属导体右端带的正电荷会被从大地上来的负电荷中和，所以金属导体左端带负电，右端不再带有电荷。B错误；开关闭合，断开，由于静电感应的作用，金属导体右端带的正电荷会被从大地上来的负电荷中和，接着将MN分开，再移走带电小球，金属导体M带的负电荷流向大地，故MN不再带有电荷，C正确；当闭合开关，由于静电感应的作用，金属导体N右端带的正电荷会被从大地上来的负电荷中和，所以导体N右端不再带有电荷，接着移走带电小球，M端的负电荷被中和不带电，最后将MN分开，则M和N均不带电，D错误。 针对训练1 如图所示，将带正电的导体球C靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为、；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为和。下列说法正确的是(　　) A．，A部分带正电 B．，A部分带负电 C．，A部分带正电 D．，A部分带负电 【答案】A 【详解】由于导体不带电，因此无论沿虚线1还是沿虚线2将导体分开，左右两部分所带电荷量总是相等的；由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，因此A部分一定带正电。 故选A。 在实验分析的基础之上自主总结了解电荷守恒定律 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.如图所示，梳过头发的梳子，常能吸引轻小物体，这属于摩擦起电。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荷的物体中产生了电荷 B．头发和梳子互相摩擦后，带上了等量异种电荷 C．如果梳子带正电，是因为摩擦导致头发上的正电荷转移到梳子上而形成的 D．头发和梳子互相摩擦后带的电量可以是任意数 【答案】B 【详解】ABC．摩擦起电现象的本质是使一个物体上的自由电子转移到另一个物体上，从而使两物体分别带上等量的异种电荷，故AC错误，B正确； D．头发和梳子互相摩擦后带的电量只能是元电荷的整数倍，故D错误。 故选B。 2.教学或生活中会有以下情景：①图1，用毛巾反复摩擦PVC管和塑料细带，向上抛起细带，并将PVC管置于下方，可见细带在空中漂浮；②图2，干燥的冬天，带负电的手靠近金属门锁时会被电击。下列说法正确的是（　　） A．图1中，PVC管与塑料带带异种电荷 B．图1中，毛巾与塑料带摩擦时创造了电荷 C．图2中，在靠近门锁但还未被电击过程中，门锁近手端感应出正电荷 D．图2中，电击过程，门锁上的部分电子转移到手上 【答案】C 【详解】图1中，PVC管与塑料带都带同种电荷，由于同种电荷相斥而使塑料带漂浮在空中，故A错误；图1中，毛巾与塑料带摩擦时产生了电荷，这是电荷的转移，不是创造了电荷，故B错误；图2中，因手带负电，则在靠近门锁但还未被电击过程中，门锁近手端感应出正电荷，故C正确；图2中，电击过程，因手带负电，则手上的部分电子转移到门锁上，故D错误。 3.如图所示，兴趣小组在参观科技馆中的“静电碰碰球”，他们转动手柄使玻璃罩中间的大金属球带上正电，周围不带电的小金属球碰上大金属球后会被弹开，下列分析正确的是(　　) A．人在转动手柄的过程中创造了电荷 B．大金属球带正电是因为它有多余的电子 C．小金属球不带电是因为它内部没有电子 D．小金属球被弹开是因为同种电荷相互排斥 【答案】D 【详解】人在转动手柄的过程中并没有创造电荷，只是电荷从一个物体转移到另一个物体，故A错误；大金属球带正电是因为大金属球的原子核的核外电子转移到了其他物体上，故B错误；小金属球不带电不是因为内部没有电子，而是因为小金属球的原子核中的正电荷与原子核外电子所带的负电荷相互抵消，故C错误；小金属球碰上大金属球后会带上正电荷，由于同种电荷相互排斥，所以小金属球会被弹开，故D正确。 4.三个大小相同的带电导体球，带电量分别为、和，让与先接触，然后让与接触，最终所带的电荷量为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】相同大小的三个带电导体球，根据电荷守恒定律得，与先接触后两球分别带电为，再让与接触，两球最后分别带电为，故A正确。 5.某同学用一次性塑料杯、回形针和铝箔纸自制一个简易验电器，如图所示。下列实验现象可能产生的是（　　） A．与纸巾摩擦过的塑料吸管靠近但未接触回形针上端时，铝箔会张开，而将塑料吸管移开后，铝箔的张角不会闭合 B．与纸巾摩擦过的塑料吸管与回形针接触后铝箔会张开，再将塑料吸管移开，铝箔的张角又会略微变小，但不闭合 C．当火柴的火焰靠近带电的回形针上端时，铝箔的张角会闭合 D．先让与纸巾摩擦过的塑料吸管接触回形针上端，再用摩擦过的纸巾接触回形针上端，铝箔的张角会闭合 【答案】BCD 【详解】与纸巾摩擦过的塑料吸管会带电，靠近回形针上端时，由于感应带电回形针会带上异种电荷，因此铝箔的张角会打开，当塑料吸管移开后铝箔和回形针上的电荷会再次中和不显电性，因此铝箔的张角会闭合，故A不符合题意；与纸巾摩擦过的塑料吸管会带电，接触回形针后由于接触带电，回形针会带上同种电荷，铝箔张开，当塑料吸管移开后回形针和铝箔仍然保持一定电荷，所以铝箔张角会略微变小但不闭合，故B符合题意；由于分子热效应，火焰上端靠近回形针时电子运动加剧会脱离回形针，从而导致回形针和铝箔所带电荷减小，铝箔的张角会逐渐闭合，故C符合题意；与纸巾摩擦过的塑料吸管和纸巾会分别带上异种电荷，当塑料吸管和纸巾分别与回形针接触后，回形针由于接触带电会先带上电荷没然后被中和，因此铝箔的张角最后会是闭合状态，故D符合题意。 6.如图，将充气后的气球在头发上摩擦，然后将其靠近绝缘桌面上不带电的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，发现易拉罐朝气球方向滚动起来，关于这一现象，下列说法正确的是（　　） A．易拉罐仍不带电，只是电荷重新分布 B．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相同 C．气球在头发上摩擦的过程创造了电荷，从而使气球带电 D．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小相同 【答案】A 【详解】AB．将充气后的气球在头发上摩擦后，气球带上电荷并形成电场，此时易拉罐在该电场作用下发生静电感应现象，靠近气球一侧的带电性质和气球带电性质相反，远离气球一侧的带电性质和气球带电性质相同，易拉罐整体仍不显电性，A正确，B错误； C．气球在头发上摩擦的过程，是电荷在气球和头发之间发生了转移，并不是创造了电荷，C错误； D．根据库仑定律可知，气球上的电荷对易拉罐靠近气球一侧的电荷引力大于远离气球一侧电荷的斥力，从而使易拉罐朝气球方向滚动起来，D错误。 故选A。 7.绝缘泡沫板上安装有一绝缘支架，支架一端通过丝线悬吊着一个金属球。现通过接触使金属球带上一定量的负电，然后在小球下方（带上绝缘手套）不断叠放原本不带电的金属硬币，硬币始终未和小球接触，则下列说法正确的是（　　） A．丝线上的拉力保持不变 B．丝线上的拉力会不断减小 C．最上方的硬币会带正电 D．用不带绝缘手套的手触摸硬币，上方硬币所带电荷会消失 【答案】C 【详解】ABC．根据感应起电原理可知，最上方的硬币会带正电，硬币与小球相互吸引，丝线拉力变大，故AB错误，C正确； D．用不带绝缘手套的手触摸硬币，最上方硬币的始终带正电，故D错误。 故选C。 8.如图所示是滚筒式静电分选器，由料斗A，导板B，导体滚筒C，刮板D，料槽E、F和放电针G等部件组成。C和G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地。电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子，现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，下落时经过电离空气都会带上负电荷，沿导板B到达转动着的滚筒C，粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性。则下列说法正确的是（　　） A．粉粒a与导体滚筒C接触后会先中和再带上正电 B．粉粒b会落入F料槽中 C．粉粒a会落入F料槽中 D．刮板D的作用是把吸附在导体滚筒C上的粉粒刮下来 【答案】ACD 【详解】ACD．电极G电离空气产生大量离子，使得粉粒a、b都带负电，粉粒a绝缘性能良好，粉粒a上的负电与滚筒C上的正电相互吸引，与导体滚筒C接触后会先中和再带上正电，与滚筒C上电荷相排斥，最后被刮板D刮入料槽F中，故ACD正确； B．粉粒b具有良好的绝缘性，下落时经过电离空气会带上负电荷，与导体滚筒C接触后中和后不再带电，故粉粒b落在料槽E中，故B错误。 故选ACD。 课 堂 小 结 板 书 设 计 1.1 静电的产生及其微观解释 1、 电荷 正电荷和负电荷 摩擦起电 实质：电子在物体间转移 二、静电感应 感应起电 实质：电子定向移动 接触起电 实质：电子在物体间转移 三、电荷守恒定律 内容 四、元电荷 元电荷：最小的电荷量 e=1.60×10-19C 比荷 作 业 布 置 1.完成课本习题，解释摩擦起电、感应起电和接触起电的微观本质，并举例说明电荷守恒定律的应用。 2.设计简易实验（如用塑料棒吸引碎纸片），观察静电现象并记录，结合原子结构分析原理。 3.查阅资料，列举静电技术在现代生活中的应用（如静电除尘、复印机），简述其工作原理。 教 学 反 思 摩擦起电实验（如塑料尺吸纸屑）直观性强，但部分学生对电子转移的微观过程仍存困惑，下次可结合动画模拟辅助讲解。 小组讨论感应起电现象时，个别学生参与度低，需设计更具体的引导问题或角色分工。 静电防护案例（如冬季脱毛衣）学生兴趣高，但时间分配较少，后续可预留5分钟拓展生活实例。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$