1. 电荷 电荷守恒定律（表格式教学设计）物理教科版2019必修第三册

1. 电荷 电荷守恒定律（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第1节 电荷 电荷守恒定律 教学 目标 物理观念 明确同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的作用规律，理解元电荷的物理意义，掌握电荷守恒定律的内容，能区分 “电荷的转移” 与 “电荷的产生或消失” 科学思维 通过分析摩擦起电、感应起电等现象的本质，培养抽象思维能力，对比电荷守恒定律与能量守恒定律、动量守恒定律的共性（均为自然界普遍守恒定律），建立守恒思想，提升对物理规律统一性的认知。 科学探究 基于实验现象提出问题（如 “摩擦起电时电荷是否凭空产生？”），通过查阅资料、小组讨论设计验证方案，经历 “提出假设 — 实验验证 — 得出结论” 的探究过程，提升科学探究的核心能力。 科学态度 与责任 通过了解富兰克林对 “正、负电荷” 命名的历史，认识科学研究的阶段性和延续性，培养尊重事实、严谨求实的科学态度。 教学 重难点 1. 电荷的基本性质（两种电荷、相互作用规律）及元电荷的概念。（重点） 2. 摩擦起电、感应起电的本质（重点） 3. 从微观角度解释摩擦起电、感应起电的过程，突破 “起电即创造电荷” 的认知误区。​（难点） 4. 理解 “孤立系统” 的含义，准确运用电荷守恒定律分析复杂情境（如带电体接触、静电感应后的电荷分布）。（难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 教师提问：“冬天脱毛衣时，为什么会听到‘噼啪’声，还能看到火花？加油站为什么禁止用塑料梳子梳头？” 引导学生结合生活经验思考 “电” 的存在。​ 演示实验：用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近碎纸屑，观察纸屑被吸引的现象；用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近另一根带电玻璃棒，观察排斥现象。提问：“这些现象说明‘电’有什么特点？不同的‘电’之间有什么相互作用？” 导入课题：通过生活现象和实验，引出 “电荷” 的概念，明确本节课将探究电荷的性质、起电方式及背后的规律 —— 电荷守恒定律。教师：同学们，刚刚我们看到冬天脱毛衣有火花、玻璃棒能吸引碎纸屑，这些现象都和 “电荷” 有关。那大家先思考一个问题 —— 你们觉得 “电荷” 有几种呢？可以结合刚才的实验（毛皮摩擦橡胶棒、丝绸摩擦玻璃棒）大胆猜测。​ 学生 1：我觉得有两种！因为刚才老师用摩擦后的玻璃棒靠近橡胶棒时，它们好像吸在一起了，但两根玻璃棒靠近时却推开了。​ 教师：非常好！你观察得很仔细。科学家和你想得一样，早在 18 世纪就通过实验发现电荷有两种，还做了规定 —— 丝绸摩擦过的玻璃棒带 “正电荷”，毛皮摩擦过的橡胶棒带 “负电荷”。那根据刚才的现象，大家能总结出电荷之间的相互作用规律吗？​ 学生 2：同种电荷会排斥，异种电荷会吸引！比如两根带正电的玻璃棒相互排斥，带正电的玻璃棒和带负电的橡胶棒相互吸引。​ 教师：完全正确！这就是电荷的基本相互作用规律。那接下来，我们通过动手实验，进一步探究 “物体为什么会带电”，请大家拿出桌上的器材，开始分组做摩擦起电实验，注意观察带电体靠近泡沫球的现象，做完后我们一起交流。 学生讨论并回答问题 新课讲授 一、电荷的基本性质与元电荷 教师：好，时间到！哪个小组先来分享你们的实验结果？比如用什么材料摩擦，看到了什么现象。​ 学生 3：我们组用丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒能吸起泡沫球；用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒也能吸泡沫球，但当玻璃棒和橡胶棒靠近时，泡沫球先被吸再被推开。​ 教师：这个 “先吸再推” 的现象很关键！谁能解释为什么会这样？​ 学生 4：是不是因为泡沫球一开始不带电，所以被带电体吸引，接触后泡沫球也带上了和带电体一样的电荷，就被推开了？​ 教师：太聪明了！这就是 “静电感应” 的初步表现（暂不展开细节），也说明 “带电” 的本质是物体带上了电荷。那大家再想：带电体的电荷量能无限小吗？比如我能不能让一个物体带 “0.5 倍某个最小电荷” 的电量？​ 学生 5：应该不能吧？感觉电荷应该有一个最小的 “单位”，就像我们买东西最小单位是 1 元，不能买 0.5 元的硬币。​ 教师：这个比喻特别形象！科学家密立根通过 “油滴实验” 证明了你的猜想 —— 电荷确实有最小单位，我们叫它 “元电荷”，用符号 “e” 表示，数值是​ 1.6*10-19 （板书）。也就是说，任何带电体的电荷量都是 e 的整数倍，这就是 “电荷的量子化特性”。比如一个带电体带​ 3.2*10-19C的电量，它包含几个元电荷呢？​ 学生 6：2 个！用总电荷量除以 e，​ 3.2*10-19C/1.6*10-19C=2。​ 教师：计算得很准确！这部分内容大家理解了吗？有疑问可以随时提。 例1　关于元电荷的理解，下列说法正确的是(　　) A．元电荷就是电子或者质子 B．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍 C．元电荷的电荷量大小是1 C D．只有电子所带的电荷量等于元电荷 答案　B 例2 (多选)关于电荷量，以下说法中正确的是(　　) A．物体所带的电荷量可以为任意实数 B．物体所带的电荷量只能是某些特定值 C．物体带电荷量为＋1.60×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子 D．物体所带电荷量的最小值为1.60×10－19 C 答案　BCD 解析　物体带电的原因是电子的得失，带正电是因为失去了电子，带负电是因为得到了电子．物体所带电荷量是不能连续变化的，只能是e＝1.60×10－19 C的整数倍． 学生讨论并回答问题 新课讲授 二、三种起电方式与电荷转移 （1）摩擦起电的本质探究​ 教师：既然物体能带电，那 “摩擦起电” 时，电荷是从哪里来的？是摩擦 “创造” 了电荷吗？大家可以结合微观世界的知识（比如原子由原子核和电子构成）思考。​ 学生 7：我觉得不是创造！可能是电子从一个物体转移到了另一个物体，比如毛皮摩擦橡胶棒时，电子跑到橡胶棒上，橡胶棒带负电，毛皮就带正电。​ 教师：完全正确！（播放摩擦起电微观动画）大家看动画 —— 毛皮对电子的束缚能力弱，摩擦时电子会 “跑到” 束缚能力强的橡胶棒上，所以橡胶棒带负电（电子多），毛皮带正电（电子少）。这说明摩擦起电的本质是？ 学生齐答：电荷的转移！不是创造电荷。​ （2）感应起电的互动探究​ 教师：那除了摩擦，还有别的起电方式吗？我们来做个演示实验（将带正电的金属球靠近绝缘支架上的不带电金属球，金属球两端贴有金属箔片），大家观察箔片的变化。​ 学生 8：金属球两端的箔片都张开了！靠近带电球的一端和远离的一端都带电了？​ 教师：没错！这种不用接触就能让物体带电的方式叫 “感应起电”。那大家猜一猜，金属球两端分别带什么电荷？可以用刚才学的 “电荷相互作用” 规律判断。​ 学生 9：靠近带正电金属球的一端应该带负电，因为异种电荷相互吸引；远离的一端带正电，因为同种电荷相互排斥！​ 教师：太对了！（用带正电的玻璃棒靠近两端箔片，验证：靠近端箔片被吸引，远离端被排斥）那如果我用手接触金属球，再移开带电体，箔片会怎么样？（演示操作）​ 学生 10：箔片还张开着，但好像只有一端带电了！​ 教师：这是因为手接触时，大地的电子会跑到金属球上，中和掉正电荷，移开带电体后，金属球就带负电了。所以感应起电的本质也是？​ 学生齐答：电荷的重新分布！还是电荷转移，没有创造。​ （3）接触起电的规律总结​ 教师：最后我们看 “接触起电”—— 如果把带正电的金属球和不带电的金属球接触，大家觉得接触后两者会带什么电荷？电荷量会怎么变？​ 学生 11：应该都带正电吧？因为电荷会转移。电荷量可能会平分？比如原来带2e的正电，接触后每个带1e。​ 教师：（演示接触实验，用验电器检测）大家看验电器指针偏转角度变小，说明电荷量减少了。没错，同种导体接触时，电荷会平均分配；如果是异种电荷接触，会先中和再平分。这三种起电方式的本质都是？​ 学生齐答：电荷的转移或重新分布，都没有创造或消灭电荷！ 例3　(多选)关于静电感应，下列说法正确的是(　　) A．感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程 B．起电现象的本质是电子的转移、呈电中性的物体得到电子就一定带负电，失去电子就一定带正电 C．摩擦起电是普遍存在的现象，摩擦起电的两个物体总是同时带等量同种电荷 D．当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷同时出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失 答案　ABD 解析　感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程，选项A正确；起电现象的本质是电子的转移，呈电中性的物体得到电子就一定带负电，失去电子就一定带正电，选项B正确；摩擦起电是普遍存在的现象，摩擦起电的两个原本不带电物体总是同时带等量异种电荷，选项C错误；当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷同时出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失，选项D正确． 例4　　(多选)下列说法中正确的是(　　) A．静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分 B．摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分 C．摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而带负电 D．一个带电导体接触一个不带电的导体，两个物体可能带上异种电荷 答案　ABC 解析　静电感应没有创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分，故A正确；摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分，故B正确；摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而带负电，故C正确；一个带电导体接触另一个不带电的导体时，电荷发生转移，所以两个物体一定带同种电荷，故D错误． 学生讨论并回答问题 新课讲授 三、“电荷守恒定律” 的推导 教师：既然三种起电方式都没有创造或消灭电荷，那我们能不能总结出一个普遍规律？比如在一个 “封闭的系统” 里（和外界没有电荷交换），电荷的总量会变吗？​ 学生 12：不会变！比如摩擦起电时，毛皮和橡胶棒的总电荷量还是 0（原来都不带电，后来一个带 + e，一个带 - e，代数和为 0）。​ 教师：太关键了！这就是 “电荷守恒定律” 的核心 —— 电荷既不会凭空产生，也不会凭空消失，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。如果系统和外界没有电荷交换（即 “孤立系统”），电荷的代数和会？​ 学生齐答：保持不变！​ 教师：大家再对比一下，这个定律和我们学过的 “能量守恒定律”“动量守恒定律” 有没有相似之处？​ 学生 13：都是自然界的普遍规律，总量都不变！​ 教师：对！守恒思想是物理学的重要思想，这三个定律都体现了 “总量守恒” 的特点，后续学习中我们还会用到这种思想。 学生讨论并回答问题 课 堂 练 习 1.如图是“静电章鱼”实验，该实验具体做法：分别使塑料丝和塑料管带电，然后将塑料丝抛向空中，塑料管放在其下方，此时塑料丝悬在空中，状似“章鱼”．由此可判断塑料丝和塑料管(　　) A．均带正电 B．带同种电荷 C．均带负电 D．带异种电荷 答案　B 解析　由题知塑料丝受到塑料管的排斥力而悬在空中，根据同种电荷相互排斥可知塑料丝和塑料管一定带同种电荷，由于不知道塑料丝和塑料管带电的方式，故不能判断出带哪一种电荷，故选B. 2．(多选)当用毛皮摩擦过的橡胶棒去接触验电器的金属球时，金属箔片张开。对上述实验分析正确的是(　　) A．金属箔片所带的电荷为负电荷 B．金属箔片的起电方式是感应起电 C．金属箔片张开的原因是同种电荷相互排斥 D．金属箔片与金属球带异种电荷 解析：毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用带负电的橡胶棒和不带电的验电器接触的带电方式叫接触起电，且验电器整体即金属球、金属杆、金属箔都带负电，故A正确，B、D错误；电荷间的相互作用是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，橡胶棒和验电器金属球接触后，两个金属箔片均带负电，相互排斥，所以金属箔片张开，故C正确。 答案：AC 3．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是(　　) A．摩擦起电　　　　　　 B．感应起电 C．接触起电 D．以上三种方式都不是 答案：B 解析：导电平板靠近带电绝缘板并接地，导电平板与大地组成“大导体”，发生静电感应，使导电平板带上负电荷，选项B正确。 4.(2021·高台县一中高二期末)如图所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近，关于绝缘导体两端的电荷，下列说法中不正确的是(　　) A．两端的感应电荷越来越多 B．两端的感应电荷是同种电荷 C．两端的感应电荷是异种电荷 D．两端的感应电荷电荷量相等 答案　B 解析　把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近，绝缘导体两端的电荷越来越多，选项A正确；离带负电的球P较近的一端带正电荷，较远的一端带负电荷，即两端的感应电荷是异种电荷，选项B错误，C正确；据电荷守恒定律知，两端的感应电荷电荷量相等，选项D正确． 5.如图所示，绝缘的细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在离a很近处有一放在绝缘支架上的金属球b，开始时，a、b都不带电，现使b带电，则(　　) A．a、b间不发生相互作用 B．b将吸引a，吸住后不放开 C．b立即把a排斥开 D．b先吸引a，接触后又把a排斥开 答案　D 解析　带电物体能够吸引轻小物体，故b会将a球吸引过来，a与b接触后，因带同种电荷而分开，故D正确． 6.(2021·长沙市一中高二月考)用带正电的小球靠近不带电验电器的金属球，结果验电器的金属箔张开，如图甲所示．用带正电的小球接触不带电验电器的金属球，结果验电器的金属箔张开，如图乙所示．关于甲、乙两验电器金属箔带电情况．下列说法正确的是(　　) A．甲带正电、乙带负电 B．甲带负电、乙带正电 C．都带正电 D．都带负电 答案　C 解析　题图甲中，验电器本来不带电，由于异种电荷相互吸引，带正电的小球靠近验电器的金属球时，使得金属球带负电荷，从而导致金属箔带上正电荷；题图乙中，用带正电的小球接触不带电验电器的金属球，这时验电器无论是金属球还是金属箔都带上了正电荷，因此C正确，A、B、D错误． 7．(2021·宁波市期中)一带负电的绝缘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．该现象不遵循电荷守恒定律 答案　C 解析　根据电荷守恒定律知，电荷既不会被消灭，也不会被创造，只会发生转移，故A错误；该过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故B、D错误，C正确． 8．有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA1＝6.4×10－9 C和QB1＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触后再分开，求： (1)分开后小球A、B的带电荷量QA2和QB2各为多少库仑； (2)在接触过程中，电子如何转移且转移了多少个(元电荷e＝1.6×10－19C)． 解析　(1)由于两小球完全相同，接触后两小球所带的电荷量QA2＝QB2＝ C＝1.6×10－9 C. (2)在接触过程中，电子由B球转移到A球，使B球在自身电荷被中和后带1.6×10－9 C的正电荷，因此，共转移电子的电荷量ΔQ＝－QB1＋QB2＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C．转移的电子数N＝＝3.0×1010个，即电子由B球向A球转移，共转移了3.0×1010个． 课 堂 小 结 学生自主梳理：邀请 1-2 名学生分享本节课的收获，如 “电荷的两种性质”“三种起电方式的本质”“电荷守恒定律的内容”。​ 教师板书总结：用思维导图形式呈现知识框架（电荷的性质→起电方式（本质：电荷转移）→电荷守恒定律→应用），强调 “守恒思想” 这一核心。​ 拓展提问：“除了宏观物体，微观粒子（如电子、质子）的电荷是否也遵循守恒定律？”（为后续学习 “核反应中的电荷守恒” 埋下伏笔）。 板 书 设 计 第1节 电荷与电荷守恒定律 一、电荷的基本性质​ 1. 两种电荷：正电荷（玻璃棒+）、负电荷（橡胶棒-）​ 2. 相互作用：同种排斥，异种吸引​ 3. 元电荷：e = 1.6×10⁻¹⁹C，电荷量子化​ ​ 二、起电方式（本质：电荷转移）​ 1. 摩擦起电：电子从一个物体转移到另一个物体​ 2. 感应起电：电荷在导体内部重新分布​ 3. 接触起电：电荷在接触物体间转移（同种导体均分）​ ​ 三、电荷守恒定律​ 1. 内容：电荷既不创生也不消失，只转移；孤立系统电荷代数和不变​ 2. 守恒思想：与能量、动量守恒统一​ ​ 四、应用​ 1. 生活：静电复印、油罐车导静电铁链​ 2. 工业：静电喷涂、静电除尘 作业 布置 1. 完成教材课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教学反思 亮点预测：通过分组实验和动画模拟，能有效突破 “微观电荷转移” 的理解难点；结合生活情境的提问和应用分析，可增强学生的学习兴趣和责任意识。​ 改进方向：对于 “孤立系统” 的界定，学生可能存在模糊认知，后续可通过 “非孤立系统（如接地导体）的电荷变化” 案例进一步辨析；实验时间需合理把控，避免个别小组因操作缓慢影响整体进度，可提前培训 “实验小组长” 协助指导。​ 素养达成评估：通过课堂练习、小组讨论发言、作业完成情况，评估学生对物理观念的掌握程度和科学思维的运用能力；关注实验中是否能主动提出问题、设计方案，判断科学探究素养的提升效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $