第九章 静电场及其应用 学习活动设计二：自然界中电荷守恒吗

第九章《静电场及其应用》学习活动设计二：自然界中电荷守恒吗
　　课堂教学：
　　【任务情景】如图1、图2、 图3所示，是三种不同的起电方式。
　　你认为三种不同的起电方式的本质是什么？使物体带电的过程中，无论是摩擦起电、感应起电还是接触带电，有电荷创造产生吗，有电荷消灭吗？你能通过起电方式的本质来判断电荷的总量有什么变化吗？
　　【学习任务一】摩擦起电的本质是什么？
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　情景一：用丝绸摩擦玻璃棒。用毛皮摩擦橡胶棒。
　　提问1：丝绸摩擦过的玻璃棒带什么电？丝绸带什么电？
　　预测学生回答：玻璃棒带正电；丝绸带负电。
　　提问2：毛皮摩擦过的橡胶棒带什么电？毛皮带什么电？
　　预测学生回答：橡胶棒带负电；毛皮带正电。
　　提问3：摩擦起电的本质是什么？
　　预测学生回答：摩擦起电的本质上是正负电荷分开。学生讨论总结：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。
　　【学习任务二】感应起电的本质是什么？
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　情景二：取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的两片金属箔是闭合的，如图4所示。
　　手握绝缘棒，把带正电荷的带电体C移近导体A，这时手持绝缘柱把导体A 和B分开，然后移开C，会发现金属箔张开。
　　提问1：再让导体A和B接触，又会看到什么现象？
　　预测学生回答：通过实验观察发现金属箔片从张开变成闭合。
　　提问2：金属箔片为什么会闭合？感应起电的本质是什么？电荷的总量变化了吗？
　　预测学生回答：因为A、B带等量异种电荷。感应起电的本质是电荷从物体的一部分转移到了另一部分。
　　学生讨论总结：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等量同种电荷。电荷发生了转移，从物体的一部分转移到了另一部分，没有被创造或者被消灭，电荷的总量是不变的。
　　【学习任务三】接触带电的本质是什么？
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　情景三：两个完全相同的带电小球，其中一个带电，带电量为Q接触后再分开，二者电量将如何分配？
　　预测学生回答：平均分配所带电量的总和。
　　提问1：接触起电的本质是什么？
　　预测学生回答：电荷从一个物体转移到另一个物体。
　　学生讨论总结：当一个带电体与导体接触时，一些电荷会转移到另一个物体上。这就是接触带电的原因。
　　总结：三种起电方式
　　提问：结合三种起电方式的本质，请讨论起电的过程中，有电荷创造产生吗？有电荷消灭吗？电荷的总量有什么变化？
　　学生讨论总结：电荷没有被创造，也不会消灭，电荷的总量是不变的。
　　教师引导提升：大量事实表明，电荷既不会被创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到两一个物体，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。这个结论叫做电荷守恒定律。
　　近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生或湮没。例如，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可以同时湮没，转化为光子。不过在这些情况下，带电粒子总是成对产生或湮没的，两个粒子带电数量相等但电性相反，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍然不变。因此，电荷守恒定律更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电
　　荷的代数和保持不变。它是自然界重要的基本规律之一。
　　追寻守恒量是物理学研究物质世界的重要方法之一，它常使人们揭示出隐藏在物理现象背后的客观规律。电荷守恒定律是物理学中守恒思想的又一具体体现。
　　【学习小结】
　　1.知道电荷守恒定律的内容。
　　2.知道追寻守恒量是物理学研究物质世界的重要方法之一。
　　【学习评价自测】
　　1.半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、B接触后移开。
　　(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球的电荷量之比；
　　(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球的电荷量之比。
　　答案:(1)2∶3 (2)2∶1
　　解析：(1)若A、B带同种电荷，设电荷量为Q，第三个球C与A接触时，平分A的电荷量，从而A、C分别带电荷量为，再与B接触，平分二者之和B最后带电荷量为，则最后A、B电荷量之比为
　　(2)若A、B带异种电荷，设A带电+Q，则最后A带电+，B最后带电，则最后A、B电荷量之比为2:1。
　　2.如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是( )
　　A．把C 移近导体A 时，A、B 上的金属箔片都张开
　　B．把C 移近导体A时，先把A、B 分开，然后移去C，B上的金属箔片仍张开
　　C．先把C 移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开
　　D．先把A、B分开，再把C 移走，然后重新让A、B 接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合
　　答案：A、B
　　解析：虽然A、B 起初都不带电，但带正电的小球C 对A、B 内的电荷有力的作用，使A、B 中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B 端积累了正电荷，其下部贴的金属箔片因为接触带电，也分别带上了与A、B同种的电荷。由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A正确。C只要一直在A、B 附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B 仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，因A、B已经分开，所带电荷量也不能变，金属箔片仍张开，B正确。但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上在其相互之间的作用力吸引下中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错.先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，箔片都不会张开，D错。故选A、B。