學(xué)人教版選修11 1.1電荷 庫侖定律 教案（1）.docx

電荷、庫侖定律教案教學(xué)目標(biāo)：1、知識(shí)目標(biāo)：知道正負(fù)電荷及其規(guī)定，定性的了解兩種電荷之間的作用規(guī)律，掌握起電的三種方式及其實(shí)質(zhì)，學(xué)會(huì)用庫侖定律詳細(xì)計(jì)算。2、能力目標(biāo)：通過對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的觀察，總結(jié)出規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)的能力，理解電荷的物理模型。3、情感目標(biāo)：滲透物理方法的教育，運(yùn)用理想化模型的研究方法，突出主要因素、忽略次要因素，抽象出物理模型點(diǎn)電荷。教學(xué)重點(diǎn)：1、電荷的產(chǎn)生和一些基本概念；2、庫侖定律的內(nèi)容及應(yīng)用；教學(xué)難點(diǎn)：1、 電荷守恒定律的計(jì)算2、 庫侖定律的相關(guān)計(jì)算教學(xué)過程：一、 電現(xiàn)象的歷史回顧公元前600年左右，希臘人發(fā)現(xiàn)了摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象。16世紀(jì)，英國御醫(yī)吉爾伯特提出了電荷的概念。18世紀(jì)，美國科學(xué)家富蘭克林提出了正負(fù)電荷的概念。二、 電荷守恒定律問題一、初中學(xué)過自然界有幾種電荷，它們間的相互作用如何？電荷的多少用什么表示？ 問題二、一般情況下物體不帶電，不帶電的物體內(nèi)是否存在電荷？如何使物體帶電？ 問題三、摩擦起電的實(shí)質(zhì)是什么？ 1、 兩種電荷，正電荷：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷。負(fù)電荷：用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷。2、 兩種電荷之間的關(guān)系同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 3、幾個(gè)基本概念讀課本p4頁回答下列問題問題一、電荷的多少如何表示？它的單位是什么？電荷量：電荷的多少，簡(jiǎn)稱電量。單位:庫侖 c比較電荷帶電的多少,要比較的是其電荷量的絕對(duì)值電荷量的正負(fù)不表示電荷量的大小,只代表電荷的性質(zhì)問題二、什么是元電荷？一個(gè)電子就是一個(gè)元電荷嗎？一個(gè)電子所帶電量為元電荷所有帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍問題三、元電荷的數(shù)值是多少？它的數(shù)值最早是由哪位物理學(xué)家測(cè)定的？元電荷的值美國科學(xué)家密立根問題四、什么是比荷？電子的比荷是多少？帶電體的電荷量與質(zhì)量的比值叫做比荷例1、關(guān)于元電荷的理解，下列說法中正確的是 ( d ) a元電荷就是電子 b元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 c元電荷就是質(zhì)子 d物體所帶的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍 練習(xí)1、科學(xué)家在研究原子、原子核及基本粒子時(shí)，為了方便，常常用元電荷作為電量的單位，關(guān)于元電荷，下列論述正確的是( ) a.把質(zhì)子或電子叫元電荷 b.1.6010-19c的電量叫元電荷 c.電子帶有最小的負(fù)電荷，其電量的絕對(duì)值叫元電荷 d.質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電量的絕對(duì)值叫元電荷 練習(xí)2、帶電微粒所帶的電荷量不可能是下列值中的（ ）a. 2.410-19c b. b.-6.410-1 9c c.-1.610-18c d.4.010-17c4、起電的三種方式（1） 摩擦起電：a.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) b.摩擦起電的原因當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電。c.起電實(shí)質(zhì)電子的得失，電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。d.結(jié)果兩個(gè)相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷例2、掛在絕緣細(xì)線下的兩輕質(zhì)導(dǎo)體球，由于電荷的相互作用靠近或遠(yuǎn)離，如圖所示，則：（ bc ） a 甲圖中兩球一定帶異種電荷； b甲圖中至少有一個(gè)帶電； c乙圖中兩球一定帶同種電荷； d乙圖中兩球可能只有一個(gè)帶電。練習(xí)3、關(guān)于摩擦起電，下列說法中正確的是(c )a兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r一定會(huì)發(fā)生帶電現(xiàn)象b摩擦起電的兩個(gè)物體一定帶有等量同種電荷c在摩擦起電現(xiàn)象中負(fù)電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體d在摩擦起電現(xiàn)象中正、負(fù)電荷同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)移（2） 接觸起電a. 起電原因不帶電的物體與帶電體接觸，能使不帶電的物體帶上電，這種方式稱為接觸起電。b. 起電實(shí)質(zhì)電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體例3、半徑相同的兩個(gè)金屬小球a、b帶有相等的電荷量,相隔一定的距離,今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球先后與a、b接觸后移開.若a、b兩球帶同種電荷,接觸后的電荷量之比為:_.若a、b兩球帶異種電荷,接觸后兩球的帶電荷量之比為:_. 練習(xí)4、把兩個(gè)完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來帶電情況可能是（ ） a其中一個(gè)帶電，一個(gè)不帶電 b兩個(gè)小球原來帶等量異種電荷 c兩個(gè)小球原來帶同種電荷 d兩個(gè)小球原來帶不等量異種電荷 作業(yè)1、有三個(gè)相同的絕緣金屬小球a、b、c，其中小球a帶有2.010-5c的正電荷，小球b、c不帶電現(xiàn)在讓小球c先與球a接觸后取走 ，再讓小球b與球a接觸后分開，最后讓小球b與小球c接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別是多少？（3） 感應(yīng)起電: 利用靜電感應(yīng)使物體帶電a. 起電機(jī)理靜電感應(yīng)當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。b. 起電實(shí)質(zhì)電荷的重新分配，電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分c.結(jié)果：使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離的一端帶同號(hào)電荷 例3、如圖所示，當(dāng)帶正電的球c移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時(shí)，枕形導(dǎo)體上的電荷移動(dòng)情況是：（ ）枕形金屬導(dǎo)體上的正電荷向b端移動(dòng)，負(fù)電荷不移動(dòng)b、枕形金屬導(dǎo)體上的帶負(fù)電的電子向a端移動(dòng)，正電荷不移動(dòng)c、枕形金屬導(dǎo)體上的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向b端和a端移動(dòng)d、枕形金屬導(dǎo)體上的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向a端和b端移動(dòng)練習(xí)5、如圖所示，將帶有負(fù)電的絕緣棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球，兩個(gè)導(dǎo)體球開始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣，下列方法中能使兩球都帶電的是 ()a先把兩球分開，再移走棒 b先移走棒，再把兩球分開c 使棒與甲球瞬時(shí)接觸，再移走棒 d先使乙球瞬時(shí)接地，再移走棒5、起電的本質(zhì)無論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造電荷.5、電荷守恒定律表述一： 電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變表述二： 一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。 課堂練習(xí)1、用一根與毛皮摩擦過的硬橡膠棒，靠近不帶電驗(yàn)電器的金屬小球a，然后用手指瞬間接觸一下金屬桿c后拿開橡膠棒，這時(shí)驗(yàn)電器小球a和金箔b的帶電情況是（）a、a帶正電，b帶負(fù)電 b、a帶負(fù)電，b帶正電 c、a、b均帶正電 d、a、b均帶負(fù)電 作業(yè)2、有三個(gè)完全一樣的絕緣金屬球，a球帶的電荷量為q，b、c均不帶電。現(xiàn)要使b球帶的電荷量為3q/8，應(yīng)該怎么辦？ 3、如圖所示,a、b是被絕緣支架分別架 起的金屬球,并相隔一定距離,其中a帶正電,b不帶電,則以下說法中正確的是: a.導(dǎo)體b帶負(fù)電;b.導(dǎo)體b左端出現(xiàn)負(fù)電荷,右端出現(xiàn)正電荷,并且電荷量大小相等;c.若a不動(dòng),將b沿圖中虛線分開,則左邊的電荷量小于右邊的電荷量;d.若a、b接觸一下,a、b金屬體所帶總電荷量保持不變.4、有a、b、c三個(gè)完全相同的金屬球，a帶1.2104c的正電荷，b、c不帶電，現(xiàn)用相互接觸的方法使它們都帶電，則a、b、c所帶的電荷量可能是下面哪組數(shù)據(jù)()a6.0105c,4.0105c,4.0105cb6.0105c,4.0105c,2.0105cc4.5105c,4.5105c,3.0105cd5.0105c,5.0105c,2.0105c拓展驗(yàn)電器與靜電計(jì)在作用上的不同驗(yàn)電器的主要作用有：（1）檢驗(yàn)導(dǎo)體是否帶電。（2）檢驗(yàn)導(dǎo)體所帶電性。 靜電計(jì)也稱作指針式驗(yàn)電器，這說明它完全具備驗(yàn)電器的各種作用。由于靜電計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)，使得它又具備驗(yàn)電器不能替代的某些作用。（1）定量測(cè)量兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差。（2）定量測(cè)量某導(dǎo)體的電勢(shì)。練習(xí)1一個(gè)帶正電的驗(yàn)電器如圖所示，當(dāng)一個(gè)金屬球a靠近驗(yàn)電器上的金屬球b時(shí)，驗(yàn)電器中金屬箔片的張角減小，則（ ）a金屬球a可能不帶電b金屬球a一定帶正電c金屬球a可能帶負(fù)電d金屬球a一定帶負(fù)電 練習(xí)2用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近已帶電的驗(yàn)電器時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的金屬箔片的張角減小，由此可判斷（ ）a驗(yàn)電器所帶電荷量部分被中和b驗(yàn)電器所帶電荷量部分跑掉了c驗(yàn)電器一定帶正電d驗(yàn)電器一定帶負(fù)電三、庫侖定律人們對(duì)電荷的認(rèn)識(shí)是通過研究并認(rèn)識(shí)電荷間的相互作用而獲得的。沿襲牛頓對(duì)力的定義，將電荷間的相互作用力成為庫侖力或靜電力。這個(gè)力就是我們這節(jié)課要研究的核心問題。（一）、庫侖力靜止電荷之間的相互作用，稱為靜電力或庫侖力。（二）、探究影響電荷間相互作用的因素1、猜想：庫侖力可能與帶電體的電荷量和兩者之間的距離有關(guān)2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置（如右圖所示）：引導(dǎo)學(xué)生從研究目的出發(fā)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)裝置能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的作用。觀察現(xiàn)象：（結(jié)合視頻演示）改變小球電量和兩小球間距離，觀察小球偏離豎直方向的夾角大小，對(duì)應(yīng)于兩球間靜電力的大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電荷之間的作用力隨電荷量增大而增大，隨距離的增大而減?。ǘㄐ裕＃ㄈ?、庫侖定律1、庫侖定律：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上2、表達(dá)式3、適用條件a真空中b點(diǎn)電荷（理想模型）（1）.當(dāng)帶電體間距離比它們自身的大小大很多，當(dāng)帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們間作用力的影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將其看做有電荷量的點(diǎn)（rr）（2）.均勻帶電球體或球殼對(duì)其外部點(diǎn)電荷的作用，r是兩球心間的距離（3）公式不適用于r0的情況4、注意：（1）k：比例系數(shù)，稱為靜電力常量。國際單位：，靜電力常量是一個(gè)與帶電體周圍介質(zhì)有關(guān)的量，真空中（空氣中近似相等），物理意義：兩個(gè)電荷量為1c的點(diǎn)電荷在真空中相距1m時(shí)，相互作用力是9.0109n。課堂練習(xí)：估算一下，這么大的庫侖力相當(dāng)于多重的物體相距1米時(shí)的萬有引力？g=6.6710-11nm2/kg2 （1010kg）（2）使用庫侖定律計(jì)算時(shí)，點(diǎn)電荷電量用絕對(duì)值代入公式進(jìn)行計(jì)算，談后根據(jù)同性相斥、異性相吸判斷方向（3）庫侖力（靜電力）具有自己獨(dú)特的大小和方向，同時(shí)它也具有力的一切性質(zhì)（獨(dú)立性、合成和分解時(shí)遵守平行四邊形定則，相互作用力）（四）、庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)原理如右圖所示。當(dāng)帶同種電的c球與a球靠近時(shí)，a球受到庫侖力的作用帶動(dòng)金屬絲扭轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)上方的旋鈕使ab回到原位置，根據(jù)兩次刻度值差求出ac間的作用力的大小。庫侖扭秤測(cè)量出了靜電力常量的值。（五）、庫侖定律與萬有引力定律問題：分析庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)中小球在水平面內(nèi)受力狀況問題：兩球ac間的萬有引力是否影響扭秤扭轉(zhuǎn)？例1：已知?dú)浜说馁|(zhì)量是1.6710-27kg，電子的質(zhì)量是9.110-31kg，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為5.310-11m。試比較氫原子中氫核與電子之間的庫侖力和萬有引力在一般尺度下，帶電體間的庫侖力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬有引力，萬有引力的影響可以忽略。練習(xí)1、真空中有三個(gè)點(diǎn)電荷，它們固定在邊長50cm的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)電荷都是+210-6c，求它們各自所受的庫侖力例2、兩個(gè)半徑相同的金屬小球其球心間距r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于球半徑r，帶電荷量之比為1：7，兩者相互接觸后再放回原來位置上，則相互作用力可能為原來的（ ）a. 4/7b. 3/7c. 9/7d. 16/7變式1、 兩個(gè)相同的帶電導(dǎo)體小球所帶電荷量的比值為13，相距為r時(shí)相互作用的庫侖力的大小為f，今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處，則此時(shí)庫侖力的大小為：a、1/12f b、1/6f c、1/4f d、 1/3f 作業(yè)3、大小相同的金屬小球，所帶電量的值分別為q1、q2，且q1=1/3q2,把q1,q2放在相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，它們間的作用力大小為f，若使兩球相接觸后再分開放回原位置，求它們間作用力的大小練習(xí)2、要使真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫侖力增大到原來的4倍，下列方法中可行的是：（ ）a、每個(gè)點(diǎn)電荷的帶電量都增大到原來的2倍，電荷間 的距離不變b、保持點(diǎn)電荷的帶電量不變，使兩個(gè)電荷間的距離增大到原來的2 倍c、使一個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量加倍，另一個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量保持不變，同時(shí)將兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離減小為原來的1/2 d、保持點(diǎn)電荷的電荷量不變，將兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離減小到原來的1/2 三、點(diǎn)電荷、帶電體的靜電平衡在真空中某處同時(shí)存在幾個(gè)點(diǎn)電荷、帶電體，由于相互間庫侖力的作用而保持平衡狀態(tài)的現(xiàn)象。處理方法：庫侖定律 受力分析題型一、如圖所示，用兩根同樣長的細(xì)繩把兩個(gè)帶同種電荷的小球懸掛在一點(diǎn)。兩球的質(zhì)量相等，a球所帶的電荷量大于b球所帶的電荷量。兩球靜止時(shí)，懸線與豎直線的偏角分別為和，則( ) a、 b、 = c、 練習(xí)1、兩小球用等長的絕緣細(xì)線懸掛于同一點(diǎn)o，兩小球因帶同號(hào)電荷而使球b懸線豎直地靠在墻上，a球被推開一定角度而平衡。今令其失去部分電量，結(jié)果角變小后又重新平衡，則關(guān)于懸線對(duì)a球的拉力大小變化情況為（ ）a.一定增大b.一定減小c.一定不變d.無法確定變式2、 如圖1所示，用兩根絕緣絲線掛著兩個(gè)質(zhì)量相同不帶電的小球a和b，此時(shí)，上、下絲線受的力分別為ta、tb；如果使a帶正電， 題型二、在一條直線上有兩個(gè)相距0.4m的點(diǎn)電荷a、b，a帶電荷量為+q，b帶電荷量為-9q。現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷c，恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài)。則c應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷，電荷量為多少？三個(gè)點(diǎn)電荷平衡規(guī)律:三點(diǎn)共線，兩同夾異（同性在兩邊，異性在中間），兩大夾小，近小遠(yuǎn)大練習(xí)2、 a、b兩個(gè)點(diǎn)電荷，相距為r，a帶有9q的正電荷，b帶有4q的正電荷如果a和b固定，應(yīng)如何放置第三個(gè)點(diǎn)電荷q，才能使此電荷處于平衡狀態(tài)？如果a和b是自由的，又應(yīng)如何放置第三個(gè)點(diǎn)電荷，使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，且求第三個(gè)點(diǎn)電荷的電量q的大小及電性.結(jié)論：當(dāng)a、b已固定，只要求c球受力平衡，則c球的位置是唯一確定的，對(duì)其電量、電性無要求當(dāng)a、b未固定，要求三球均平衡，則對(duì)c球的位置、電量、電性都