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第十五章 电流和电路
第1节 两种电荷
新课导入
方式一 【实验导入】
教师展示一束下端扯成丝状、有些向四周散开的塑料捆扎绳。问:“为了让散开的塑料捆扎绳聚拢到一起,直接用手捋一捋能不能达到目的呢 ”学生根据自己的生活经验或想象回答。“事实会不会跟你想象得一样呢 ”教师演示:如图15-1-1所示。
图15-1-1
学生观察现象,验证自己给出答案的对错。实验结果是散开的塑料捆扎绳不仅没有聚拢到一起,反而向四周散开得更厉害,而且捋的次数越多,下端散开程度越大。教师追问:“怎么才能让它们聚拢到一起呢 ”(引导学生得出:用干燥的手捋达不到目的,蘸水后再捋就可以了)
导入语:怎样来解释上面的奇妙现象呢 同学们学习了本节的内容,谜底自然揭开!
方式二 【情境导入】
播放视频“怒发冲冠”。
图15-1-2
导入语:如图15-1-2所示,这是一种静电现象,“电”到底是什么,居然有如此大的魔力 为了揭开谜底,今天就让我们先从了解两种电荷开始。(板书课题:两种电荷)
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.带电体吸引轻小物体的典型实例
①干燥多风的秋季,开门或取放物品时常会被“电”到。
②化纤布料的衣服特别容易“吸”土。
③空气干燥时用塑料梳子梳头发,头发会随梳子“飘”起来。
④科技馆里,站在绝缘台上的人用手触摸静电球时会“怒发冲冠”。
2.验证带电体能够吸引轻小物体的实验改进
改进一:用带电物体去靠近纸灰,效果更好。
改进二:把带电物体靠近用细线悬挂的小纸屑(如图15-1-3所示),效果不错。
图15-1-3
改进三:用带电体吸引细小水流。
方法:①选用输液器以获得细小水流;②将水染色,增强可视性。
优点:取材容易,操作方便,效果很明显。
3.原子结构与太阳系结构的对比
展示图15-1-4,直观显示原子结构和太阳系结构。
图15-1-4
4.教学片段:讲解验电器的结构及原理
过渡:为判断一个小球是否带电,在实验室中只要用一种仪器就可以检验出来,这就是验电器,如图15-1-5所示,我们来看一下它的结构。
图15-1-5
引导学生观察并回答问题。
演示1:将未经摩擦的玻璃棒直接接触验电器的金属球,观察验电器金属箔的反应。
演示2:将丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球,观察验电器金属箔的反应。
演示3:用力多摩擦几下玻璃棒,再去接触验电器的金属球,观察验电器金属箔张开的角度。
鼓励:哪名同学能将你的发现告诉大家
预设1:我发现用丝绸摩擦过的玻璃棒能使验电器的金属箔张开。
预设2:我发现摩擦的程度不同,金属箔张开的角度不一样。
启发:金属箔张开说明了什么
总结:两片金属箔带了电,说明电荷已经发生了转移。
问题:两片金属箔带电为何就会张开
引导:因为两片金属箔带同种电荷相互排斥而张开。
总结:验电器是实验室里常用的一种检验物体是否带电的仪器。它是由金属球、金属杆、金属箔等几部分组成的。它利用同种电荷相互排斥的原理,当用带电体接触验电器的金属球时,就有一部分电荷转移到验电器的金属箔上,这两片金属箔由于带同种电荷相互排斥而张开。
引导:被检验物体所带电荷量越多,验电器的金属箔张开的角度就越大(电荷的多少叫作电荷量)。
本节教材链中考
[考点小说] 作为电学板块的知识基础,带电体能吸引轻小物体的性质、电荷间的作用规律、验电器的原理、使用及检测过程中电子转移的方向等都是中考中考查频次较高的考点,大多以选择题呈现。
[考点对接] 电荷间的相互作用
[源起教材P40] 演示
电荷间的相互作用
1.用丝绸分别摩擦两根玻璃棒,手持其中一根玻璃棒,靠近另一根被吊起的玻璃棒(图15.1-2)。观察有什么现象发生。
2.手持用毛皮摩擦过的橡胶棒,靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒。观察有什么现象发生。
图15.1-2 玻璃棒间的相互作用
例1 (长沙中考)我国学者王充在《论衡》中记有“顿牟掇芥”,意思是摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。用毛皮摩擦过的琥珀因为得到电子而带 电,两个带有同种电荷的琥珀靠近时会相互 。
[答案] 负 排斥
[解析] 电子带负电,用毛皮摩擦过的琥珀因为得到电子而带负电,摩擦过的琥珀带了电荷,用摩擦的方法使物体带电的方法叫作摩擦起电;同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,因此两个带有同种电荷的琥珀靠近时会相互排斥。
例2 (福建中考)如图15-1-6所示,用轻薄的纸折成小星星,轻放于地面的小钢针上,用与布摩擦过的吸管靠近,小星星被吸引着转动,此过程中 ( )
图15-1-6
A.摩擦创造了电荷 B.布和吸管带上同种电荷
C.吸管和小星星带上同种电荷 D.吸管带电后能吸引轻小物体
[答案] D
例3 (湖北中考)将毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球,图15-1-7中能正确表示橡胶棒和验电器金属箔片带电情况的图是 ( )
图15-1-7
[答案] A
拓展材料
材料一——静电现象的应用和防护
(一)应用(图15-1-8)
图15-1-8
①静电喷涂:给涂料微粒带上电,带电微粒就能在异种电荷的吸引下定向运动,飞向带异种电荷的喷涂物件。
②静电植绒:给绒毛带上电,让它飞向事先涂了胶粘剂的带异种电荷的布面。
③静电除尘、吸尘:利用高压电场使粉尘颗粒带上电,带电的粉尘飞向特定的采集板,就可以达到静电除尘的目的。
④静电复印:利用异种电荷相互吸引的原理,使带静电的光敏材料表面在曝光时,按影像使局部电荷随光线强弱发生相应的变化而存留静电潜影,经一定的干法显影、影像转印和定影而得到复制件。
⑤静电贴画:市场上有一类可以利用静电现象随意张贴而不用担心留下痕迹的贴画。
⑥“粘”气球:在头上、身上摩擦过的气球可以随心所欲地“粘”在墙上、玻璃窗上。
(二)防护
防止静电危害的典型事例:
①飞机机翼的尾部有若干用来释放因机体与空气摩擦而产生静电的金属尖状物(图15-1-9甲)。
②高压输电塔最高处的两根电线不是用来输电的,而是用来避雷的(图乙)。
③楼顶四周边缘都有钢筋焊接的避雷线,以免遭雷击(图丙)。
④油罐车尾部拖一条铁链,避免行驶中油与罐壁摩擦起电,一旦放电而发生危险(图丁)。
⑤高大建筑物上安装避雷针,使建筑物雷雨天免遭雷击。
图15-1-9
材料二——使物体带电的方法
摩擦起电:实验室经常用玻璃棒与丝绸、橡胶棒与毛皮相互摩擦起电。其实,日常用的塑料梳子、笔杆、尺子与头发或腈纶针织物摩擦也极易起电。摩擦起电的原因是不同物质的原子核束缚电子的能力不同,在摩擦过程中,电子发生转移而使相互摩擦的两物体带上了等量的异种电荷。根据不同物质的原子核对电子束缚本领的大小不同,科学家通过实验的方法得出了起电顺序表:兔毛—玻璃—羊毛—丝绸—铝—木—硬橡胶—硫磺—人造丝。顺序表中任意两种物质相互摩擦时,排在前面的物质带正电,排在后面的物质带负电;两物质次序相隔越多,起电的效果就越好。
接触起电:将一带电体与一非带电体接触时,就会有一部分电子从带电体跑到非带电体上,或从非带电体跑到带电体上,使原来的非带电体上带上了与带电体相同的电荷。
感应起电:如图15-1-10所示,将一带正电的物体A靠近与大地绝缘的导体B的左端时,由于电荷间的相互作用,B的左端聚集了与A电性相反的电荷,右端聚集了与A电性相同的电荷,这样使B的两端带上了电荷。
图15-1-10
材料一 静电现象的应用和防护
材料二 使物体带电的方法
——详见电子资源
能力培优题 (详见电子资源)
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第十五章 电流和电路 章首语
教材分析
本章主要内容:电荷、电流和电路,是后续学习电压、电阻、欧姆定律等电学知识的基础。
从摩擦起电现象入手,认识两种电荷。通过让小灯泡亮起来的活动,知道电流、感知电路,会看、会画简单的电路图。通过实验,知道串联电路和并联电路,会连接简单的串联电路和并联电路。通过观察和实验活动,知道电流的强弱,会用电流表测量电流,并在此基础上探究串、并联电路的电流特点。本章知识的学习要多动手、多实验、多画图、多识图,实验中要关注“猜想与假设”环节,养成独立思考、自主完成的习惯。能联系生活中的串、并联电路,感悟电学知识与生活、生产的紧密联系。
学情分析
学生对“电”有一定的认识,但也比较陌生。本章是学生在初中阶段第一次接触电路连接,第一次进行画电路图,第一次使用电表,第一次在不同连接的电路中探究物理量(电流)之间的定量规律。因此,教师要及时关注学生的学习情况,改进教学方法,采取措施,及时调整教学。
课标要求
1.观察摩擦起电现象;了解静电现象;了解生产、生活中关于静电防止和利用的技术。
2.从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。
3.知道电流;会使用电流表。
4.会看、会画简单的电路图,会连接简单的串联电路和并联电路,能说出生产、生活中釆用简单串联电路或并联电路的实例,探究并了解串联电路和并联电路中电流的特点。
本章目标
【物理观念】
知道摩擦起电现象。知道自然界中只存在两种电荷。知道电流形成的条件;知道电流方向的规定。从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。知道串联电路和并联电路连接的特点,会画简单的串联和并联电路的电路图。知道电流是表示电流强弱的物理量。知道电流的单位及单位间的换算关系。知道串联电路和并联电路的电流规律。会分析实验数据,归纳总结出串、并联电路中电流的规律。
【科学思维】
通过摩擦起电的实验与观察,知道电荷的种类。通过连接电路,认识电路和电流,体会“从生活走向物理”;在探究串、并联电路的电流规律的过程中,体验科学探究的步骤、方法。学会观察和分析生活中有关物理知识的实例与实验现象,具有初步的观察能力和分析概括能力。
【科学探究】
通过观察演示实验,正确分析出电荷间的相互作用规律。通过实验认识通路、断路和短路。通过实验探究出串、并联电路的特点,会连接简单的串联和并联电路。通过观察和实验,让学生学会电流表的使用方法,并能正确使用电流表测量电路中的电流。会正确使用电流表测量串、并联电路中的电流。
【科学态度与责任】
通过实验探究及讨论活动,培养学生的探索精神和严谨、踏实的学习态度与协作能力。用符号表示电路中的元件,使学生学会绘制简单的电路图,领悟物理学科知识的美。培养学生观察思考、勇于发现、乐于探究的学习习惯,以及应用物理知识解决实际问题的能力。
教学思路
本章包括电荷、电路、电流三大版块的内容。从生活现象出发,调动学生认识自然、学会思考、学习电学的积极性。从基础的电荷开始,慢慢引出形成电流的原因及产生电流的条件,进而学习电路的基本接法,到判断生活中常见电路的接法,再到研究不同电路中电流的情况,从简单到复杂,循序渐进了解电学入门知识,符合学生的认知过程,同时从生活实例进行入手,符合物理源于生活、用于生活的教学理念。
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第十五章 电流和电路
第1节 两种电荷
教材 解读 本节内容包括三部分:一是电荷间的相互作用,二是摩擦起电的原因,三是静电的防止和利用。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“观察摩擦起电现象,探究并了解同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。能举例说明生活中的静电现象。”
学 习 目 标 物理观念 1.认识摩擦起电现象。 2.知道验电器的构造、作用及工作原理,知道电荷量及其单位。 3.知道原子及其结构、摩擦起电的原因。 4.了解静电的应用。
科学思维 通过实验,感受和领悟人们在认识“自然界中只有两种电荷”的过程中所运用的推理方法。
科学探究 通过小组合作探究发现摩擦起电现象,探究两种电荷及电荷间的相互作用规律,锻炼动手动脑的能力,学会正确的科学探究方法,养成善于探究、乐于质疑的好习惯。
科学态度 与责任 1.具有对科学的求知欲,乐于观察自然现象和日常生活中的物理现象,勇于实验探究日常生活现象中的物理规律。 2.在探究问题的过程中,有克服困难的信心和决心,有主动与他人合作和交流的精神。 3.密切联系实际,会运用摩擦起电的知识解释一些简单的相关现象。
教学 重、 难点 重点:电荷种类及相互作用。 难点:原子结构及摩擦起电的原因。
教学 建议 本节的教学内容有:摩擦起电现象、两种电荷及其作用规律、验电器、电荷量及其单位、原子结构、静电的防止和利用,其中两种电荷及其作用规律是教学重点,认识自然界中只有两种电荷是教学难点。摩擦起电是人类最早发现的电现象,两种电荷及其相互作用规律是进一步深入学习电学的关键,本节课作为初中电学起始课,具有很重要的地位,所以必须把这些比较简单的知识讲得丰富些,挖掘深度,不然难以引起学生的学习兴趣。通过教材的演示实验,使学生知道验电器带电的多少与验电器金属箔张开角度的大小相对应,从而引出电荷量的概念。电荷量的单位是直接告诉学生的,为了使学生对电荷量的单位——库仑(C)有个大概的了解,可举例说明:一根摩擦过的玻璃棒或橡胶棒所带的电荷量,大约只有10-7 C,一片带电的云所带的电荷量,大约有几十库仑。关于原子的知识,只要学生了解即可,留待化学课上进一步学习,主要是让学生知道电荷的由来,对于“电荷在导体中定向移动”,可用演示实验作进一步的形象讲解。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 问题引入: 播放视频并提问:请大家欣赏《怒发冲冠》,想一想,出现上述现象的原因是什么 学生实验:准备一支塑料笔或者一把塑料梳子,用塑料笔或者塑料梳子在头发上快速摩擦,用摩擦过的塑料笔或塑料梳子靠近纸屑,发现塑料笔或塑料梳子吸引纸屑。 观看视频后进行实验,并思考回答问题。 通过播放视频、学生实验两种形式引入新课,让学生切身体验生活中的静电现象。
【探究新知】 一、两种电荷 1.电荷概念的引入 学生实验:用塑料圆珠笔(或橡胶棒)在头皮(或衣服)上摩擦几次,然后去接触碎纸屑,观察现象。 演示实验:①用丝绸摩擦玻璃棒,将摩擦过的玻璃棒靠近碎纸屑。 ②用毛皮摩擦橡胶棒,将摩擦过的橡胶棒靠近碎纸屑。 探究归纳: ①经过摩擦的物体能吸引轻小物体,我们就说物体带了“电”或带了“电荷”。 ②用摩擦的方法使物体带电,叫作摩擦起电。 ③带电物体具有吸引轻小物体的性质。 过渡导语:在刚才的实验中有同学注意到一个有趣的现象——个别被吸到棒上的纸屑会被某种力量“弹开”,这又是为什么呢 2.电荷间的相互作用 设问:两个带电的物体(即电荷)之间有没有相互作用呢 如果有,具体情况又是怎样的呢 演示实验:电荷间的相互作用。 用丝绸分别摩擦两根玻璃棒,手持一根玻璃棒,靠近另一根被吊起的玻璃棒,观察有什么现象发生。手持用毛皮摩擦过的橡胶棒,靠近被吊起的用丝绸摩擦过的玻璃棒,观察现象。 探究归纳:①自然界中只有两种电荷。用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫作正电荷;用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫作负电荷。 ②同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。 3.验电器 用被丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球,观察验电器金属箔片张角的变化,用力多摩擦几下玻璃棒,再去接触验电器的金属球,观察验电器金属箔片张角的变化。换用毛皮摩擦过的橡胶棒,重做上面的实验。让学生分析、讨论现象的产生原因,不同意见的给予补充。 观察、倾听、思考 观察、思考、总结 观察、思考、总结 通过生活中的摩擦起电现象,激发学生的学习兴趣。 通过演示实验,培养学生的观察能力、逻辑推理能力,归纳出自然界只存在两种电荷的结论。 通过验电器的工作原理分析,学以致用。通过验电器金属箔张角的大小变化是由物体带电多少导致的,引出电荷量的概念。
探究归纳: (1)验电器 ①构造:由金属球、金属杆、金属箔等几部分组成。 ②原理:同种电荷互相排斥。 ③作用:检验物体是否带电。验电器的金属箔张角越大,它所带的电荷越多。 (2)电荷量:①电荷的多少叫作电荷量,简称电荷。 ②电荷的单位为库仑,简称库,符号是C。 多媒体播放视频或图片:启发学生解释“怒发冲冠”的道理。 过渡导语:以上现象都是物体带电导致的,要解释物体带电的根本原因还要从物质的内部结构说起。 二、摩擦起电的原因 多媒体展示图片: 归纳:①原子由中心的原子核和核外电子组成。 ②原子核带正电,核外电子带负电。 ③电子是带负电荷的最小粒子,所带电荷量为1.6×10-19 C。 ④通常情况下,原子核所带正电荷数与核外所有的电子所带的负电荷数相等,所以整个原子不显电性,物体对外也不显电性。 设问:为什么用摩擦的方法可使物体带电呢 探究归纳: ①摩擦起电的原因:不同物质的原子核束缚核外电子的本领不同,当两物体相互摩擦时,束缚核外电子能力强的得到电子,束缚核外电子能力弱的失去电子。失去电子的物体因为缺少电子而带正电,得到电子的物体因为有多余的电子而带等量的负电。 ②摩擦起电的实质:摩擦起电不是创造了电(荷),只是电荷从一个物体转移到另一个物体,使正、负电荷分开。 三、静电的防止和利用 1.生活中的静电现象 引导学生思考:摩擦起电是静电现象的一种,在生活中还有哪些静电现象 举例:用塑料梳子梳头发时头发随梳子飘起、冬天脱毛衣时有噼啪声、闪电等。 2.静电的危害 静电产生的电火花会引起煤矿瓦斯爆炸等,雷电会导致人畜伤亡、摧毁房屋。 3.静电防护 播放幻灯片“轿车后面的小尾巴”“避雷针”,让学生说明为什么这样做,了解如何进行静电防护。 观察、思考、总结 通过微观粒子原子结构的介绍,培养学生的空间想象力和抽象思维能力。
4.静电的应用 展示图片: 归纳: (1)静电的防止:生活中遇到易燃、易爆物品时,要注意防止静电的产生,方法是将静电及时释放。 (2)静电的应用:利用带电体能吸引轻小物体,也可以利用异种电荷相互吸引的特点。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略)
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 摩擦起电、电荷
1.摩擦起电现象
[实验]将塑料笔杆与头发摩擦后靠近纸屑或用布摩擦过的橡胶棒靠近纸屑。观察到的现象是:发现它们都会 吸引 纸屑。
[归纳]经摩擦过的物体能吸引 轻小物体 。这是因为摩擦过的物体带了“ 电 ”,或者说带了电荷,这种现象叫作 摩擦起电 。
2.两种电荷及相互作用
[想一想]自然界中的电荷有几种 电荷间相互作用的规律是怎样的
(1)实验或阅读课本P40“电荷间的相互作用”演示实验
①将两根用丝绸摩擦过的玻璃棒相互靠近,会发现它们互相 排斥 。
②将两根用毛皮摩擦过的橡胶棒相互靠近,会发现它们互相 排斥 。
③用毛皮摩擦过的橡胶棒与用丝绸摩擦过的玻璃棒相互靠近,它们会互相 吸引 。
(2)实验结论
①正电荷:人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫作 正 电荷。
②负电荷:人们把用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫作 负 电荷。
③两种电荷间的相互作用:同种电荷互相 排斥 、异种电荷互相 吸引 。
3.验电器
[观察]验电器的构造: 金属球 、 金属箔 、金属杆、金属罩、绝缘垫等(图15-1-11)。
图15-1-11
[实验]分别做以下实验,观察验电器金属箔片的变化情况。
①用不带电的玻璃棒接触验电器的金属球,金属箔片 不张开 ;
②用不带电的橡胶棒接触验电器的金属球,金属箔片 不张开 ;
③用带正电的玻璃棒接触验电器的金属球,金属箔片 张开 ;
④用带负电的橡胶棒接触验电器的金属球,金属箔片 张开 。
[想一想]从这组实验中,你发现了什么 为什么带电体接触金属球时,金属箔片会张开呢
[分析]不带电的物体接触验电器的金属球时,验电器的金属箔片不张开,带电的物体接触验电器的金属球时,验电器的金属箔片张开了。用带电体接触验电器的金属球时,有一部分电荷转移到验电器的两片金属箔上,这两片金属箔由于带同种电荷互相排斥而张开。
[归纳](1)验电器的作用:检验物体 是否带电 。
(2)验电器的工作原理:同种电荷互相 排斥 。
(3)使用方法:将被检验的物体与验电器的金属球接触,如果验电器的两片金属箔张开一定角度,则说明物体带电。
4.电荷量
(1) 电荷的多少 叫作电荷量,简称电荷,用字母Q表示。
(2)单位: 库仑 ,简称库,符号是C。一根实验室中常用的玻璃棒,摩擦后所带的电荷量大约只有10-7 C。
学点2 摩擦起电的原因
1.原子的核式结构
[阅读回答]什么是电子 电子带的电荷量有什么特点 是多大 通常情况下,原子为什么不显电性 请大家阅读教材P41~42“摩擦起电的原因”后回答。
[总结]20世纪初,科学家发现,原子也有内部结构,它的中心是 原子核 ,在原子核周围,有一定数目的 电子 在核外运动。电子是带有 最小 负电荷的粒子,所带电荷量为 1.6×10-19 C 。原子核带 正 电。在通常情况下,原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上 相等 ,原子整体 不显 (选填“显”或“不显”)电性,物体对外也不显电性。
2.摩擦起电的原因
[思考]摩擦起电是怎样产生的呢 从电子的得失方面去猜想一下。
[分析]原子是由原子核和核外电子组成的。通常情况下,原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷在数量上相等,原子整体不显电性,物体对外也不显电性。不同物质的原子核束缚电子的本领不同,当两个物体摩擦时,束缚电子本领弱的物体因为失去电子带 正 电荷,得到电子的物体因为有了多余的电子而带 负 电荷。所以摩擦起电的实质是 电子 的转移。
学点3 静电的防止和利用
1.静电的防止:带电体所带电荷积聚到一定程度,会发生 火花放电 现象,这是电荷间发生剧烈的作用而引起的。生活中遇到易燃、易爆物品时,要注意防止静电的产生。
2.静电的利用:利用带电体能 吸引轻小物体 ,例如,利用静电拖把吸附碎屑等;利用异种电荷相互 吸引 的特点,如静电喷漆时使被喷涂的金属部件与油漆雾滴带异种电荷,这样能使油漆与金属表面结合得更牢固。
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