課程基本信息課例編號(hào)2020QJ09WLRJ009學(xué)科物理年級(jí)09學(xué)期上課題兩種電荷教科書書名：義務(wù)教育教科書物理九年級(jí)全一冊(cè)出版社：人民教育出版社出版日期：教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)摩擦起電現(xiàn)象，會(huì)運(yùn)用摩擦起電的知識(shí)解釋一些簡(jiǎn)單的相關(guān)現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)探究探究?jī)煞N電荷及電荷間的相互作用規(guī)律，感受和領(lǐng)悟人們?cè)谡J(rèn)識(shí)“自然界中只有兩種電荷”的過程中所運(yùn)用的推理方法。知道驗(yàn)電器的構(gòu)造、作用及工作原理，知道電荷量及其單位。知道原子及其結(jié)構(gòu)、摩擦起電的原因。認(rèn)識(shí)導(dǎo)體和絕緣體，了解電荷的定向移動(dòng)和自由電子。教學(xué)重點(diǎn)：通過摩擦起電現(xiàn)象認(rèn)識(shí)自然界存在兩種電荷，知道電荷間的相互作用規(guī)律。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)電荷的認(rèn)識(shí)。通過實(shí)驗(yàn)推理，得出“只有兩種電荷”的邏輯推理過程。教學(xué)過程時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動(dòng)摩擦起電請(qǐng)學(xué)生先看一段錄像。用人造纖維制作的衣服，其表面經(jīng)常會(huì)吸起一些輕小的物體，很難撣掉。這是為什么呢觀看小實(shí)驗(yàn)：這是一根塑料棒，將它靠近一些碎紙屑，沒有明顯的現(xiàn)象發(fā)生；現(xiàn)在我們用一塊毛巾摩擦塑料棒，再將它靠近碎紙屑，碎紙屑被吸引了起來。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明塑料棒經(jīng)過摩擦后發(fā)生了一些變化，發(fā)生了什么變化呢？我們說摩擦過的塑料棒帶了“電”，或者說帶了電荷；而帶電體能夠吸引輕小物體；我們身上穿的化纖衣物經(jīng)過摩擦后也帶上了電荷，容易吸附一些纖維、灰塵等輕小的物體。使物體帶電的方式有多種，用摩擦的方法使物體帶電，叫做摩擦起電。再來看幾個(gè)有趣的摩擦起電現(xiàn)象：紙巾摩擦過的氣球可以吸引易拉罐；氣球與頭發(fā)摩擦后可以吸在墻上；而讓它靠近水流時(shí)，水流被吸引；用塑料梳子梳頭，頭發(fā)會(huì)隨著梳子飄起來。兩種電荷和電荷間的相互作用帶電體能夠吸引輕小物體。那么帶電體之間有沒有相互作用呢？我們用下面的器材來進(jìn)行探究，器材包括橡膠棒、毛皮、玻璃棒、絲綢和支架。實(shí)驗(yàn)過程：用一塊絲綢摩擦兩根玻璃棒使其帶電，老師將其中一根放在支架上，手持另一根玻璃棒與之靠近，看到兩根玻璃棒互相排斥；再用毛皮摩擦兩根橡膠棒，讓它們相互靠近我們看到兩根橡膠棒也互相排斥；用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近絲綢摩擦過的玻璃棒，我們看到兩者互相吸引。通過剛才的實(shí)驗(yàn)，我們首先能夠確認(rèn)，電荷間有相互作用。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們?cè)賮矸治鲭姾砷g相互作用的特點(diǎn)。同一塊絲綢摩擦過的兩根玻璃棒所帶電荷的種類應(yīng)該是相同的，它們之間互相排斥；同一塊毛皮摩擦過的兩根橡膠棒所帶電荷的種類也應(yīng)該是相同的，它們之間也是互相排斥；而絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒互相吸引，這說明玻璃棒和橡膠棒所帶電荷的種類是不同的。其他帶電體的帶電種類又是怎樣的呢？我們?cè)撊绾未_定？我們可以像前面一樣通過電荷間的相互作用特點(diǎn)來判斷。下面，我們就通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行分析一根帶電的塑料棒。我們看到，帶電的塑料棒，與橡膠棒互相排斥，與玻璃棒互相吸引。你能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷這根塑料棒的帶電種類嗎?讓我們?cè)倩貞浺幌律弦粋€(gè)實(shí)驗(yàn)，橡膠棒與橡膠棒互相排斥，橡膠棒與玻璃棒互相吸引。通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，我們有理由判斷，這根塑料棒應(yīng)該與毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷種類相同。然后用氣球替換塑料棒，再做一次實(shí)驗(yàn)。氣球與玻璃棒互相排斥，和橡膠棒互相吸引，用和前面相同的方法，我們可以判斷這個(gè)氣球與絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷種類相同。讓我們來總結(jié)一下，毛皮摩擦過的橡膠棒和絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷是兩種不同種類的電荷；我們分析了另外兩個(gè)帶電體，它們的電荷種類分別與橡膠棒或玻璃棒相同。其實(shí)，許多科學(xué)家做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果與咱們的發(fā)現(xiàn)一樣，無論用什么方法使物體帶電，物體所帶的電荷或者和絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷相同，或者和毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷相同，從沒有發(fā)現(xiàn)過第三種電荷。事實(shí)證明，自然界只有兩種電荷。人們把用絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫做正電荷；把用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫做負(fù)電荷。大家注意這個(gè)句子中的定語，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷是正電荷，如果是其他材質(zhì)的物體與玻璃棒摩擦，玻璃棒帶的電荷就不一定是正電荷了；負(fù)電荷的定義也是如此，請(qǐng)大家注意。通過上面的實(shí)驗(yàn)和推理過程，我們還可以知道電荷間的相互作用規(guī)律是“同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引”。其實(shí)，帶電體吸引輕小物體，從本質(zhì)上來講，也是電荷間的相互作用。電荷量物體所帶的電荷有多有少，電荷的多少叫做電荷量，也可簡(jiǎn)稱電荷；電荷量的單位是庫侖，簡(jiǎn)稱庫；單位庫侖用大些字母C來表示。實(shí)驗(yàn)室中使用的玻璃棒或橡膠棒，經(jīng)摩擦后所帶的電荷量大約只有10-7C；驗(yàn)電器通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道，要想判斷一個(gè)物體是否帶電，我們可以看看它是否吸引輕小物體，也可以通過觀察它和已知帶電體之間的相互作用來判斷。實(shí)驗(yàn)室里有一種檢驗(yàn)物體是否帶電的儀器，叫做驗(yàn)電器。驗(yàn)電器的主要由金屬球、金屬桿、金屬桿下面懸掛的兩片金屬箔、外殼以及絕緣墊等組成。我們來看一下它的使用方法。當(dāng)被檢驗(yàn)的物體接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，若原本自然下垂的金屬箔張開了一定角度，就說明被檢驗(yàn)的物體帶電。驗(yàn)電器的工作原理是什么呢？當(dāng)帶電體接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，有一部分電荷通過金屬球、金屬桿，轉(zhuǎn)移到了兩片金屬箔上，這兩片金屬箔帶同種電荷，由于互相排斥而張開了?？梢姡?yàn)電器的工作原理是“同種電荷互相排斥”。原子及其結(jié)構(gòu)下面我們來解釋一下摩擦起電的原理。我們知道常見的物質(zhì)是由分子、原子構(gòu)成的，分子也是由原子構(gòu)成的。那么原子還能不能再分呢？20世紀(jì)初科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原子也有進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)，它的中心是帶正電的原子核，在原子核周圍，有一定數(shù)目的電子在核外運(yùn)動(dòng)。電子本身帶負(fù)電，所帶電荷量為1.6×10-19C。摩擦起電的解釋：在通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外所有電子所帶的負(fù)電荷在數(shù)量上相等，例如，氫原子核帶一個(gè)單位正電荷，核外有一個(gè)電子；氦原子核帶兩個(gè)單位正電，核外有兩個(gè)電子。此時(shí)原子整體不顯電性，物體對(duì)外也不顯示帶電。原子核與核外電子之間互相吸引，電子在原子核的束縛下繞核運(yùn)動(dòng)。但是不同物質(zhì)的原子核束縛核外電子的能力不同。例如，絲綢和玻璃，相比之下，玻璃的原子核對(duì)電子的束縛能力較弱，當(dāng)玻璃棒與絲綢摩擦?xí)r，就會(huì)有一部分電子從玻璃棒轉(zhuǎn)移到絲綢上，這樣玻璃棒由于缺少電子而帶上了正電；同時(shí)絲綢由于得到了多余的電子而帶上了負(fù)電。可見摩擦起電并沒有創(chuàng)造電荷，只是電子在不同物體間發(fā)生了轉(zhuǎn)移，使正、負(fù)電荷分開了。當(dāng)然，原子核對(duì)核外電子的束縛能力強(qiáng)弱是相對(duì)的，大家看表中所列舉的這些物質(zhì)，從左向右，原子核對(duì)核外電子的束縛能力越來越強(qiáng)，所以表中兩種物質(zhì)互相摩擦?xí)r，左側(cè)的物質(zhì)將失去電子而帶正電，而右側(cè)的物質(zhì)將得到電子而帶負(fù)電。我們看到絲綢和玻璃棒、毛皮和橡膠棒的帶電情況就是這樣的。我們也可以推知，若金屬和毛皮摩擦，金屬將帶負(fù)電，而毛皮將帶正電。導(dǎo)體和絕緣體讓我們一起來觀察一下金屬的摩擦起電現(xiàn)象。手持金屬棒與毛皮摩擦，我們沒有觀察到金屬棒吸引輕小物體的現(xiàn)象；帶上橡膠手套后再握住金屬棒做實(shí)驗(yàn)，我們觀察到金屬棒真的能吸引輕小物體了。為什么會(huì)有這樣的區(qū)別？金屬棒、手和橡膠手套有什么不同的電學(xué)性質(zhì)嗎？利用兩個(gè)驗(yàn)電器進(jìn)行進(jìn)一步研究:讓左側(cè)的驗(yàn)電器帶電，右側(cè)驗(yàn)電器不帶電。接下來，老師將分別用塑料棒和金屬棒連接兩個(gè)驗(yàn)電器，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察兩對(duì)金屬箔的張角變化。用塑料棒連接兩個(gè)驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，兩驗(yàn)電器的金屬箔無動(dòng)作；用金屬棒連接兩個(gè)驗(yàn)電器金屬球時(shí)，右側(cè)驗(yàn)電器的金屬箔張開了，同時(shí)，左側(cè)驗(yàn)電器的金屬箔張角變小了，這說明此時(shí)有一部分電荷通過金屬棒從左側(cè)轉(zhuǎn)移到了右側(cè)，金屬棒允許電荷通過，物理中稱金屬棒可以導(dǎo)電。容易導(dǎo)電的物體叫做導(dǎo)體。常見的導(dǎo)體有金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等。導(dǎo)體之所以導(dǎo)電，是因?yàn)閷?dǎo)體中含有大量的自由電荷。例如在金屬中大部分電子被原子核束縛在原子范圍內(nèi)，但也有一部分電子能夠脫離原子核的束縛，在整塊金屬中自由移動(dòng)，這種電子就叫做自由電子。自由電子是自由電荷的一種。模擬導(dǎo)體導(dǎo)電的微觀過程:左側(cè)驗(yàn)電器A與毛皮摩擦過的橡膠棒接觸后，帶上了負(fù)電，也就是說驗(yàn)電器A中有一些多余的電子；而金屬棒中含有大量的自由電子；金屬棒中的自由電子平時(shí)在金屬中做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒接觸A時(shí)，這些自由電子在A的斥力作用下沿棒向右定向移動(dòng)，有一部分轉(zhuǎn)移到了右側(cè)的驗(yàn)電器B上，使B也帶上了負(fù)電。這就是金屬棒導(dǎo)電的過程。剛才的實(shí)驗(yàn)中我們看到塑料棒連接兩個(gè)驗(yàn)電器時(shí)，驗(yàn)電器張角不變，說明塑料棒不能導(dǎo)電。我們把不容易導(dǎo)電的物體稱為絕緣體，常見的絕緣體有橡膠、玻璃、塑料、空氣、油等。絕緣體不容易導(dǎo)電是因?yàn)榻^緣體中幾乎沒有自由電荷。分析前面金屬的摩擦起電現(xiàn)象:金屬和人體都是導(dǎo)體，金屬棒和毛皮摩擦產(chǎn)生的電荷很快經(jīng)過人體導(dǎo)入大地，電荷無法在金屬棒上留存；橡膠手套是絕緣體，電荷不能通過，金屬棒上的電荷就留存了下來。導(dǎo)體和絕緣體在生產(chǎn)、生活中各有所用。例如家中的開關(guān)和用電器的外殼多數(shù)是用塑料制成的，極大程度上避免了觸電事故的發(fā)生；輸送電能的輸電線是用銅這種導(dǎo)體制成的；油罐車的后面拖著一條與地面接觸的靜電帶，靜電帶里含有銅絲