普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－1[人教版]

第一章 静 电 场

全章概述

本章主要研究静电场的基本性质及带电粒子在静电场中的运动问题。场强和电势是分别描述电场的力的性质和能的性质的两个物理量。正确理解场强和电势的物理意义，是掌握好本章知识的关键。本章的其他内容，如导体在电场中的静电感应现象和静电平衡问题，实质上是电场中力的性质研究的继续；电势差、电场力的功、电势能的变化等是电场的能的性质讨论的延伸；带电粒子在电场中的运动问题则是电场中上述两性质的综合运用。本章的内容是电学的基础知识，也是学习以后各章的准备知识。

新课标要求

1．掌握库仑定律和电荷守恒定律。

2．了解电场、电场强度及电场线，能进行电场强度的计算，特别是在匀强电场中的计算。

3．掌握电场力做功与电势能的关系，理解电势，能画出等势面。

4．根据做功原理，能够计算两点间的电势差。

5．理解电势差与电场强度的关系，能进行简单计算。

6，了解电容器的构成及常用的电容器，掌握平行板电容器的性质。

7．掌握带电粒子在电场中的加速及偏转，并会对其进行计算。

新课程学习

1.1 电荷及其守恒定律

★新课标要求

（一）知识与技能

知道各种起电方法及实质，认识元电荷，掌握电荷守恒定律的内容。

（二）过程与方法

结合具体事实理解概念及定律，化抽象为具体。

（三）情感、态度与价值观

体会生活中的静电现象，提高抽象思维水平。培养学生对实验的观察和分析的能力

★教学重点

掌握电荷的基本性质与电荷守恒定律。

★教学难点

电荷基本性质与电荷守恒定律的理解及应用。

★教学方法

实验归纳法、讲授法

★教学用具：

静电感应演示器、玻璃棒、丝绸，多媒体辅助教学设备

★教学过程

（一）引入新课

教师：初中学过自然界有几种电荷，它们间的相互作用如何？电荷的多少用什么表示？

学生：自然界只存在两种电荷，同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引.电荷的多少是用电荷量来表示。

教师：一般情况下物体不带电，不带电的物体内是否存在电荷？如何使物体带电？

学生：不带电的物体内存在电荷，且存在等量正、负电荷，在物体内中和，对外不显电性。用摩擦的方法可以使物体带电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电。

教师：摩擦起电的实质是什么？

学生：一个物体失去一些电子而带正电，另一个物体得到这些电子而带负电。

（教师用多媒体模拟，验证学生回答）

过渡：在复习初中内容基础上，进一步再来看有没有别的方法使物体带电？物体带电的实质是什么？今天这节课就来学习这些问题：

（二）进行新课

1．电荷

教师活动：引导学生阅读教材有关物质内部微观结构的描述，思考和回答问题：

（1）物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？

（2）什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？

学生活动：积极阅读教材，思考并回答问题。

点评：培养学生通过阅读教材独立获取知识的能力。通过学生回答问题培养学生的语言表达能力。

教师活动：提出问题：除了摩擦起电，还有没有可以使物体带上电的方法？

实验：取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它们彼此接触。用丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次接触球形导体C，使之带正电。将C移近A，用与有机玻璃棒摩擦过的丝绸分别靠近A、B。（如图所示）

［现象］线绸靠近B，而远离A.

［学生得出］B带正电，A带负电。

［问题］如将A、B分开，再移走C，A、B带电情况如何？

［学生答］A仍带负电，B仍带正电.

［演示证明］将A、B分开，用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答正确。

［问题］将A、B接触，它们是否带电？这说明什么？

［学生答］不带电，说明接触前A、B带等量异种电荷，接触后等量异种电荷中和。

［演示证明］使A、B接触，仍用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答正确。

［问题］若先把C移走，再将A、B分开呢？

［学生答］A、B不带电。

［演示证明］把C移走，将A、B分开，用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答正确.

［追问］为什么？

［学生答］因为将C移走，A上负电荷、B上正电荷不受C上电荷作用，而使A、B所带电荷重新恢复原状，在导体内中和而不带电。

教师活动：引导学生分析前面的现象，总结得出静电感应的概念。

静电感应：将电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使物体带电的过程，叫感应起电。（教师用多媒体模拟，加深学生印象）

［结论］不仅摩擦起电可以使物体带电，静电感应也可使物体带电。

2．电荷守恒定律

教师活动：静电感应的实质是什么？是不是创造了电荷？

学生活动：分析并回答：当带电球C移近不带电导体A、B时，导体上自由电子被吸引过来，使导体A、B带上了等量的异种电荷，即使电荷从物体一部分转移到另一部分。在感应起电的过程中并没有创造电荷。

教师活动：联系摩擦起电的实质，思考使物体带电的实质是什么？

学生活动：使物体带电，不是创造了电荷，而是使物体中的正、负电荷分开。

［教师引导学生思考，出示投影片］

电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，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，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。

教师活动：引导学生阅读教材第4页有关内容，了解电荷守恒定律的另一表述：

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。

过渡：这是物理学中重要的基本定律之一。通过前面的学习，清楚了物体带电的本质，而一个带电体究竟带多少电？经过大量实验证明，所有带电体的电荷量或者等于电荷量e或者是电荷量e的整数倍。

3．元电荷

教师活动：引导学生阅读教材，思考问题：

（1）电荷的多少如何表示？它的单位是什么？

（2）什么是元电荷？一个电子就是一个元电荷吗？

（3）元电荷的数值是多少？它的数值最早是由哪位物理学家测定的？

（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？

学生活动：思考并回答老师的问题。

（三）课堂总结、点评

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）实例探究

☆关于电荷间的相互作用

【例1】 如图所示，a，b，c，d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸d，b斥c，c斥a，d吸b，则（ ）

A．仅有两个小球带同种电荷

B．仅有三个小球带同种电荷

C．c，d小球带同种电荷

D．c，d小球带异种电荷

分析 由d吸a，d吸b可知a与b带同种电荷，且与d带异种电荷；由c斥a，c斥b可知c与a，b带同种电荷，c与d带异种电荷，A错，B对，C错，D对。

答案 BD

点拨 应根据同种电荷间相互排斥、异种电荷间相互吸引，从题给条件判断出各电荷电性关系。

☆电荷守恒定律的应用、元电荷

【例2】有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A、B，分别带有电量QA= -6.4×10-9C，QB=-3.2×10-9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？

解析 当两小球接触时，带电量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配。由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电量

C

在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带的正电，这样，共转移的电子电量为

C

转移的电子数

☆关于静电感应现象的应用

【例3】如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时（ ）

A．A端金箔张开，B端金箔闭合

B．用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合

C．用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开

D．选项A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷

分析 根据静电感应现象，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电，在B端出现了正电，这样的带电并不是导体中有新的电荷，只是电荷的重新分布。金箔上带电相斥而张开。选项A错误。

用手摸枕形导体后，B端不是最远端了，人是导体，人的脚部甚至地球是最远端，这样B端不再有电荷，金箔闭合。选项B正确。

用手触摸导体时，只有A端带负电，将手和C移走后，不再有静电感应，A端所带负电便分布在枕形导体上，A、B端均带有负电，两对金箔均张开。选项C正确。

以上分析看出，选项D也正确。

答案：BCD

☆创新应用

【例4】为了测定水分子是极性分子还是非极性分子，可做如下实验：

（1）在酸式滴定管中注入适当蒸馏水，打开活塞，让水慢慢如线状流下，把用丝绸摩擦过的玻璃棒接近水流，发现水流向靠近玻璃棒的方向偏转，这证明（ ）

A．水分子是非极性分子 B．水分子是极性分子

C．水分子是极性分子且带正电 D．水分子是极性分子且带负电

（2）如果将用毛皮摩擦过的塑料棒接近水流，则 （ ）

A．水流将向远离塑料棒的方向偏转

B．水流将向靠近塑料棒的方向偏转

C．水流先靠近再远离塑料棒

D．水流不偏转

分析：随着3＋X高考模式的推广，物理与其他学科知识间的交叉渗透越来越显得重要，本节的摩擦起电和感应起电都有可能和化学或生物知识综合在一起命题。

解：由于丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，而水分子又是极性分子，故当玻璃棒靠近水流时，先使水分子显负电的一端靠近玻璃棒（同性相斥，异性相吸），带正电的一端远离玻璃棒。而水分子两极的电荷量相等，这就使带正电的玻璃棒对水分子显负电的一端的引力大于对水分子显正电的一端的斥力，因此水分子所受的合力指向玻璃棒，故水流向靠近玻璃棒方向偏转。

由于用毛皮摩擦过的塑料棒带负电，同理水流仍向靠近塑料棒的方向偏转。

答案：（1）B （2）B

点拨：解答理科综合题，最重要的是先把各学科的知识弄清楚，从题目中把相关的物理模型、化学或生物情景提炼出来，再用相关的物理、化学等方法求解即可。

★课余作业

书面完成P5“问题与练习”第2、3题；思考并回答第1、4题。

★教学体会

两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识，这些在初中都已学过，本节重点是讲述静电感应现象。要做好演示实验，使学生清楚知道什么是静电感应现象，知道起电的实质，进而说明电荷守恒定律。

★资料袋

同种电荷相斥、异种电荷相吸现象的简易演示

实验

将新塑料袋铺于平滑的木质桌面上，沿垂直于塑料袋底线方向剪下一条长15cm，宽3cm的双层塑膜条。捏住塑膜条的底线部位，平放在桌子上，另一只手用毛刷单方向在塑膜条上摩擦3~4次，再翻过塑膜条使另一面朝上，重复刚才的动作。然后将塑膜条提起，会看到两片塑膜条自然分开成90℃~120℃。

之后，将刚才用过的毛刷从下方伸入两片塑膜条的中间。这时会看到两片展开的塑膜条突然合拢且紧贴于毛刷上。

毛刷与塑膜条摩擦后产生了静电，两层塑膜条上带有同种电荷，同种电荷相互排斥而使膜条分开。摩擦后的毛刷上带有等量异号电荷；将毛刷伸入两片塑膜条中间，塑膜条合拢且紧贴住毛刷，说明异种电荷相互吸引。售货员为打开塑膜袋用两手揉擦表面的道理与此相同。