资源简介

1.1 静电现象
一、教学整体规划分析
1.课标分析
项目 内容
内容要求 通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒定律的知识分析静电现象。例1 通过多种方式使物体带电，观察静电现象。例2 演示并分析静电感应现象。
教学提示 通过对实验对电荷的进行初步的认识，构建电荷的物质性，如电荷的种类、电性、电量、电荷的守恒等特性。通过原子结构模型的分析，分析起电的原因，得出电荷守恒定律。
学业要求 知道电荷的起源、种类、电性、电量等，建构电荷的物理模型，应用电荷的一系列概念解释一些静电现象。
2.教材分析
项目 粤教版 人教版 教科版 上海版 鲁教版
标题 静电现象 电荷 电荷 电荷守恒定律 静电现象 电荷守恒 静电的产生及其微观解释
本节课是高中物理必修3静电场的第一节课，是高中建构场的客观性、物质性、运动与相互作用观、能量观第一节课。 几套教材的标题不同，建议选取人教版教材的标题“电荷”，本节课确实从静电现象说起，从宏观和微观两个层面构建电荷概念，也介绍了电荷守恒定律的来龙去脉，但是都是围绕电荷展开的。若以静电现象为标题，涉及面太大，无法讲解很多静电现象，只能围绕电荷讲解，鲁教版的标题也较为中肯，但也存在一定的局限性。
内容逻辑关系 各种起电方式→元电荷→电荷守恒定律→静电现象的解释→例题（接触起电）→实践与拓展（范德瓦尔起电机） 电荷→静电感应→电荷守恒定律→元电荷 摩擦起电，两种电荷→摩擦起电的解释→电荷守恒定律→静电感应→发展空间→课外阅览 物体起电的原因（1.分析论证，摩擦起电的原因；2.实验探究，感应起电）→电荷守恒（1.电荷守恒；2.元电荷） 静电的产生→产生静电的微观解释→拓展一步
各套教材的逻辑关系大同小异，各有千秋，基本上是各种静电的产生→起电原因的解释→电荷守恒定律。电荷的基本概念都是在这个逻辑关系中呈现出来。 摩擦起电、电荷、正负电荷、自由电子、电荷量、元电荷等都在初中学过，学生掌握较好。因此，上海版的逻辑关系较好，也体现了科学建模和科学探究的思维能力培养。 建议采用：物体起电的原因→探究其它起电方式（感应起电和接触起电）→电荷守恒定律→元电荷→应用、拓展和迁移。
内容的重要性 静电现象是高中学习电学内容的开端，也是初中静电内容的拓展和延伸，是学习库仑定律的基础，是生活、生产和科技应用中广泛涉及到的内容。描述和分析静电现象需要涉及到多方面的内容，首先要从历史发展的角度了解电荷的发现过程，让学生科学的发展过程；其次通过演示实验认识和分析三种常见的起电方式，并从原子的结构分析物体带电的原因，让学生了解不同现象的本质，这也是本节的重点和难点；最后总结出电荷守恒定律。这样的顺序更加符合学生的认知过程，学生才能理解物体带电的本质原因，对生活中的静电现象做出合理的解释，同时为今后静电的防与利用做好准备。本节课演示实验时非常重要的环节，对环境的要求比较高，因此需要对实验可能出现的问题做好充分的准备。
3.学情分析
项目 内容
经验 和知识 基础 1.静电现象是学生在日常生活中最常见的现象之一，学生对静电现象有最直观的认识。这些认识是学习本节课最重要的资源。在干燥的季节里，学生能够通过各种现象了解到静电，如梳头发、脱衣服、开门等等，这些都是每个学生感受过和感兴趣的生活现象。但是为什么出现这些现象，本质原因是什么，学生并不是非常清楚。 2.学生在初中已经接触过静电现象，但只是学习了摩擦起电，知道了正负两种电荷，以及电荷间的相互作用，对原子结构、导体和绝缘体等内容只是简单学习，并没有深入探讨，学生的认知更多的是现象的认识和对概念的熟悉，同时没有涉及到接触起电和感应起电的内容，但这些知识的学习为本节的探讨做了非常重要的铺垫。
素养基础 1.进入高中的学生已经在力学的学习中积累了大量的科学研究的方法，有了基本的观察、分析、推理、论证、归纳、总结的能力，因此本节课在分析实验现象时学生能够很好地观察并归纳总结出不同现象的特点，并能够从物质的微观结构出发探索现象的本质原因。 2.在探索和分析的过程中学生能够感受到学习的乐趣，并积极投入，学会分析物理现象。然而，摩擦起电和接触起电更加符合学生的日常经验，学生接受非常容易，感应起电学生接触的比较少，虽然有了对物质微观结构的认识，但是学生在短期时间内思维上的转变总是非常困难，教师要不断地引导学生分析原因，尽快熟知感应起电的原理。
迷思概念 学生对正负电荷、自由电子、元电荷、净电荷、电荷量等概念易混淆，尤其是对电荷量的多少与电性的关系、元电荷与电子、质子的关系搞不清楚。
4.教学目标分析
核心素养 学业水平（2） 教学策略与方法
形成物理观念 物质观：①自然界存在正负两种电荷；②所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍；③大量实验事实表明，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。这个结论叫作电荷守恒定律（law of conservation of charge） 1.形成初步的电荷物质观。 2.能从物理学视角描述和解释生活中的一些静电现象。 水平：2 本节课采用的是教师引导的科学建模教学模式，结合演示实验、学生观察、教师讲授和引导、学生对比分析和讨论总结等方法进行学习。 首先，教师引导学生回顾日常生活中与静电有关的现象，进行演示实验，吸引学生的注意力，增加学生的求知欲，让学生进入到探究静电的学习状态中。 其次，教师讲述电荷的发展历史，让学生认识到科学家们的艰苦历程，回忆起与静电相关的物理知识，如正电荷、负电荷、同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引、摩擦起电、接触起电等基本内容。 然后，教师进行实验演示，分别对应摩擦起电、接触起电和感应起电三种起电方式，学生小组讨论并对比分析三种起电方式的不同，接着教师带领学生复习原子结构模型，并介绍原子核与周围电子的关系，引导学生从原子内部结构分析物体带电的原因。 接着，从实验现象出发分析在物体起电的过程中电荷守恒，得出电荷守恒定律，并引出电荷量和元电荷的知识点。 最后，结合本地的实际情况分析，为什么北方的静电现象很多，而南方的很少的原因，让学生将所学知识应用到具体生活中，用于解决生活实际情况。
培养科学思维能力 1.通过原子结构模型分析物体起电的原因； 2.通过实验探究感应起电现象； 3.归纳总结电荷守恒定律； 4.选用大量的生活实践情境进一步建构、巩固、拓展和迁移电荷概念。 能在熟悉的问题情境中应用电荷模型；能对简单的静电现象进行分析和推理，获得结论；能使用简单和直接的证据表达自己的观点；具有质疑和创新意识。
养成科学态度与责任 教师引导学生从各种起电现象中分析、归纳、总结、抽象出核心概念（电荷守恒定律），培养学生严密的逻辑思维，科学探索精神，崇尚科学的态度。 认识到物理学是基于人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述与解释，并需要接受实践检验；有学习兴趣，具有实事求是的态度，能与人合作；认识到物理研究与应用会涉及到道德与规范问题，了解科学.技术.社会.环境的关系。
教师：丝绸、玻璃棒、毛皮、橡胶棒、碎纸屑、验电器，金属导体、泡沫盘、锡纸、细线、小木棍、易拉罐、多媒体视频和图片等
二、教学流程图
(
介绍初中所学摩擦起电
电荷
静电现象
探究感应起电
元电荷
电荷的发展历史
电荷间相互作用
实验演示提出问题
原子结构模型
电荷守恒定律
归纳总结
解释静电现象
练习：
解释现象
拓展
)
三、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
1.回顾初中摩擦起电，引入新课 1.在干燥的冬天的时候我们开门或者碰触某些东西时会被电一下；梳头发时发现头发会被塑料梳子吸起来；脱衣服时会听到噼里啪啦的声音并看到火花；在超市取塑料购物袋时会感觉胳膊的汗毛被吸引而直立起来。为什么会产生这些现象呢？ 生活中还有哪些现象和上述现象相似呢？ 产生这些现象的根本原因是什么呢？ 我们今天进一步研究静电现象。 产生这些现象的原因是摩擦起电，带电物体可以吸引轻小物体。 学生举例，如两个人接触被电一下，塑料袋上容易粘上头发，加油站提醒司机释放静电，电梯口提醒乘客释放静电，····· 物体带电产生了上述各种现象。 知道本节课的任务。 通过举例，学生认识到生活中的静电现象，回忆初中学过的摩擦起电和带电物体能够吸引轻小物体的特性。 明确本节的任务，带着目标学习。
2.电荷 在初中，同学们知道了摩擦后的物体带电，或者说带了电荷，电荷可以怎么分类呢？电荷间有什么样的相互作用呢？然而，在科学的发展道路上，人们认识电荷是怎样的呢？我们一起看一看。 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的现象。公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中也写下“顿牟掇芥”一语。此语意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。16世纪，英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的“electricity”（电）这个词，用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷（electric charge）。人们发现，很多物体都会由于摩擦而带电，称这种方式为摩擦起电（electrification by friction）。美国科学家富兰克林通过实验发现，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（positive charge）和 负电荷（negative charge）。迄今为止，人们没有发现对这两种电荷都排斥或都吸引的电荷。自然界的电荷只有两种。 电荷可以分为正电荷和负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。可以通过相互作用判断他们之间的定性关系。 了解电荷名称的由来和发现过程。 复习有关电荷的基本内容，为后面的学习奠定理论基础。 通过了解物理学发展史，让学生们意识到科学的发展是一步一步探索出来的，学习科学家在研究过程中严谨认真、实事求是的精神。
3.实验演示： 摩擦起电 在生活中除了摩擦起电，还有什么方式可以使物体带电呢？ 引导学生接触起电指的是导体接触起电，绝缘体是不可以的。原因在后面进行解释。 下面请大家观察三个小实验，注意观察其中的现象有什么不同之处。 实验1：拿一把塑料直尺移近碎纸屑堆，观察现象；然后直尺在头发上来回摩擦几下，然后将塑料直尺移近碎纸屑堆，观察发生的现象，探究其中的原因； 接触也可以使物体带电。 学生观察实验，并总结不同点。 实验1：开始碎纸屑与直尺之间没有发生什么，摩擦后碎纸屑吸附到了塑料直尺上，轻轻晃动，纸屑也没有掉下来。说明摩擦后的塑料直尺带电了，即摩擦起电。 实验2：观察到验电器的两片金属箔张开了一定的角度，重复次数越多，张开的角度越大。说明金属球D上的电荷不断传递至两片金属箔了，即接触起电。 实验3：当C移近A时，AB各自的两片金属箔都张开了相同的角度，若将B移走，A张开的角度变大了，若将AB都移走，A张开的角度又变的稍小了一点。具体原因不是很清楚，学生各抒己见。 教师演示实验，创设具体的情境，让学生从情境出发，学会观察现象，解释现象，建立对应的物理概念，总结不同实验现象所蕴含的原因，一方面起到复习初中有关静电的知识，并引出新知识，另一方面引导学生从物体内部结构进行讨论，找出静电产生的原因进而将不同的静电现象进行分类。 采用同桌两人轮流解释的卡甘合作学习结构法，让学生积极参与到学习中，做到同时参与，积极互赖，全身心投入到学习中。
4.介绍原子结构模型分析起电原因 我们在初中物理和化学中都接触过原子的结构模型，请一位同学回答：原子的内部结构是怎样分布的。 教师对学生的回答进行补充。原子内部的质子和中子被紧密地束缚在一起构成原子核，原子核的结构一般是很稳定的。通常离原子核较远的电子受到的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子。 教师引导学生分析摩擦起电的原因：当两种物质组成的物体互相摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。于是，原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。这就是摩擦起电的原因。 教师介绍导体和绝缘体的区别：不同物质的微观结构不同，由于原子或分子间的相互 作用，原子中电子的多少和运动状况也不相同。例如，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）。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，只有自由电子穿梭其中（图9.1-2），这就使金属成为导体。绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷，因此不导电。因此导体在接触时会带电，而绝缘体接触时不会带电。 引导学生分析实验3，AB时金属导体，内部存在可以自由运动的电子。在带电体C靠近A时，A和B中的电荷重新分布，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，A端与C的电性相反，B端与C的电性相同，A和B的金属箔片都张开。当将B移开时，A内部的电荷又一次重新分布，A端带的与C相反的电荷更多，箔片张开的角度更大。若将BC同时移走，A中的电荷平均分布，箔片张开的角度变小。 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。这种现象叫作静电感应（electrostatic induction）。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。 学生回答：原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的。 每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以整个原子对外界表现为电中性。 学习分析摩擦起电的原因。 学习分析接触起电的原因，并认识导体和绝缘体的区别。 学习分析感应起电的原因，并与摩擦起电和接触起电进行区分。 教师通过讲授和引导的方式带领学生认识事物的本质，从而解释相关现象，让学生学会科学分析问题的方法--从本质出发解释现象。
探究接感应起电 实验2：将带有绝缘柄的金属小球D先于带电体接触，再与验电器上部的金属球A接触，观察两片金属箔C、C'是否张开。重复多次，观察金属箔张开角度的变化情况，探究其中的原因。 实验3：取两个由绝缘柱支撑着的空心铝罐A和B，起初它们彼此接触且不带电，铝罐A的左端和铝罐B的右端各自安装有两片金属箔。观察将带电金属小球C移近铝罐A的左侧，观察铝罐A和N各自的两片金属箔有什么变化？若C和的A保持在原来的位置，手持B的绝缘柱将其移开，观察A和B的金属箔有什么变化？若把C和B轻轻移走，观察A的两排你金属箔有什么变化？ 为什么会产生上述现象呢，请同桌两人为一个小组轮流分析，A同桌解释实验1 ，B同学解释实验2，A同学解释实验3，B同学补充A同学的解释。 请一组同学进行解释汇报，其他同学补充说明。 实验3和前面的两个实验有什么不同呢？产生这种现象的原因是什么呢？我们要从原子的内部结构进行分析。
电荷守恒定律 教师进行实验演示： 摩擦后的有机玻璃板和塑料板带电，但整体表现为不带电，说明子摩擦过程中，两个物体带电为等量的异种电荷，净电荷量为零。 在物体得失电子的过程中，总量保持不变。大量实验事实表明，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。这个结论叫作电荷守恒定律（law of conservation of charge）。 学生观察实验，并跟随老师学习电荷守恒定律。 学习自然界中关于守恒的思想，认识科学家在研究过程中的方法。
元电荷 教师讲授： 1、电荷的多少叫作电荷量（electric quantity），用Q表示，有时也可以用q来表示。在国际单位制中，它的单位是库仑（coulomb），简称库，符号是C。正电荷的电荷量为正 值，负电荷的电荷量为负值。 元电荷 迄今为止，实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同，电性相反。 人们把这个最小的电荷量叫作元电荷（elementary charge）， 用e表示。实验还发现，所有带电体的电荷量都是e的整数 倍。这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。元电荷e的数值，最早是由美国物理学家密立根测得的，他因此获得诺贝尔物理学奖。在密立根实验之后，人们又做了许多测量。现在公认的元电荷e的值为 e＝1.602 176 634×10 -19 C 在计算中，可取 e＝1.60×10 -19 C 电子的电荷量e与电子的质量me 之比，叫作电子的比荷（specific charge）。比荷也是一个重要的物理量。 电子的质量 m e ＝9.11×10 -31 kg， 所以电子的比荷为 e/me＝ 1.76×10 11 C/kg 学生学习电荷量的基本单位和符号，了解元电荷和比荷的概念。 定量认识电荷的表述，为第二节库仑定律做铺垫。
思考身边现象 在北方，人们乘坐电梯时会发现这样的提示：请先释放静电，再按电梯按键，并在旁边摆放了两盆水。为什么广东地区就很少见呢？ 摩擦起电在干燥的环境中更容易实验，广东天气潮湿，摩擦产生的电荷很快与空气中的电荷中和，物体最后不带电。 理论联系实际，用于分析生活现象。
课堂小结 本节我们学习了哪些起电方式？起电原因有什么不同？ 本节课你印象最深的是什么？你还想研究什么与静电相关的现象？ 倾听、思考 思考、回答 总结
四、板书设计
五、课后作业（做在课本上）
六、教学中应注意的问题
七、教学反思

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