《庫(kù)侖定律》教學(xué)設(shè)計(jì).doc

庫(kù)侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)教學(xué)分析本節(jié)課的核心內(nèi)容是庫(kù)侖定律，它即是靜電學(xué)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，也是學(xué)習(xí)靜電學(xué)的基礎(chǔ)。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的主線有兩條，第一條為掌握真空中靜止點(diǎn)電荷之間相互作用的規(guī)律即庫(kù)侖定律；第二條為如何研究多個(gè)變量之間關(guān)系的方法，間接測(cè)量一些不易測(cè)量物理量的方法，及研究物理問(wèn)題的其他基本方法。教學(xué)目標(biāo)1、定性了解電荷間的相互作用力規(guī)律，掌握庫(kù)侖定律的內(nèi)容及其應(yīng)用。2、通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出電荷間的作用規(guī)律。培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、概括能力。3、體會(huì)研究物理問(wèn)題的一些常用的方法如：控制變量法、理想模型法、測(cè)量變換法、類比法等。4、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，研究真空中靜止點(diǎn)電荷相互作用力問(wèn)題。5、體會(huì)科學(xué)研究的艱辛，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的、探究物理的興趣。6、通過(guò)靜電力與萬(wàn)有引力的對(duì)比，體會(huì)自然規(guī)律的多樣性與統(tǒng)一性。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)1、電荷間相互作用力與距離，電量的關(guān)系。2、庫(kù)侖定律的內(nèi)容、適用條件及應(yīng)用。教學(xué)方法與手段1、探究、講授、討論、實(shí)驗(yàn)歸納2、演示實(shí)驗(yàn)、多媒體課件教學(xué)媒體：1、J2367庫(kù)侖扭秤（投影式）、感應(yīng)起電機(jī)、通草球、絕緣細(xì)繩、鐵架臺(tái)、金屬導(dǎo)電棒、庫(kù)侖扭秤掛圖等。2、多媒體課件、實(shí)物投影儀、視頻片斷。知識(shí)準(zhǔn)備自然界存在著兩種電荷，同種電荷相排斥，異種電荷相吸引。教學(xué)過(guò)程事件1教學(xué)任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情境 引入新課師生活動(dòng)：三國(guó)志吳書中寫道“琥珀不取腐芥 ”，意思是腐爛潮濕的草不被琥珀吸引。但是，由于當(dāng)時(shí)社會(huì)還沒(méi)有對(duì)電力的需求，加上當(dāng)時(shí)也沒(méi)有測(cè)量電力的精密儀器，因此，人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)一直停留在定性的水平上。直到18世紀(jì)中葉人們才開(kāi)始對(duì)電進(jìn)行定量的研究?，F(xiàn)在就讓我們踏著科學(xué)家的足跡去研究電荷之間相互作用力。演示實(shí)驗(yàn)：首先轉(zhuǎn)動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)起電，然后利用帶電的物體吸引輕小物體的性質(zhì)使通草球與感應(yīng)起電機(jī)的一端相接觸，通草球帶同種電荷后彈開(kāi)，最后改變二者之間的距離觀察有什么現(xiàn)象產(chǎn)生？（注意：觀察細(xì)線的偏角）猜想：電荷間相互作用力的大小與哪些因素有關(guān)？可能因素：距離、電荷量及其他因素。事件2教學(xué)任務(wù)：設(shè)計(jì)方案 定性探究師生活動(dòng)：定性探究一：探究 F與r 之間的定性關(guān)系（學(xué)生討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案）為了探究F 與r 之間的定性關(guān)系，對(duì)其他因素(如:電荷量、帶電體的形狀)我們應(yīng)該如何處理?只改變r(jià)的大小，保持其他條件不變。（目的讓學(xué)生回憶起控制變量法）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)器材：如圖所示。其中A、B是兩個(gè)直徑為1.5cm泡沫小球，小球的外層均勻涂有墨水，使之可以通過(guò)接觸帶電，A球用長(zhǎng)為60cm左右的絕緣棉線懸掛于鐵架臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)操作：使A、B兩球帶上同種電荷，發(fā)現(xiàn)B球離A球越近，A球偏離豎直方向就越大（實(shí)驗(yàn)中最好保持兩球在同一水平面上）?，F(xiàn)象說(shuō)明：大家是如何判斷小球A所受的庫(kù)侖力F大小的變化的呢？（通過(guò)偏離豎直方向的角度的大小，角度越大A所受的庫(kù)侖力就越大。）偏轉(zhuǎn)角與小球A所受的庫(kù)侖力F的大小關(guān)系如何？（）特別提醒：由于在這里我們沒(méi)法直接測(cè)量出力F的大小，而是通過(guò)偏轉(zhuǎn)角的變化來(lái)判斷F的變化這種方法就是測(cè)量變換法（間接測(cè)量法）。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電量不變時(shí)，改變帶電體間距離r，兩電荷間的作用力F隨距離r的減小而增大。：定性探究二：F與q之間的定性關(guān)系 （學(xué)生討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案）只改變q的大小，保持其他條件不變。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)器材：將兩個(gè)直徑為1.5cm，外層均勻涂有墨水的泡沫小球，用長(zhǎng)為60cm左右的細(xì)導(dǎo)線連起來(lái)，然后用絕緣棉線懸掛與鐵架臺(tái)上。再將導(dǎo)線接到手搖感應(yīng)起電機(jī)的一個(gè)小球上。實(shí)驗(yàn)操作：搖動(dòng)手柄，使A、B兩球帶上等量的同種電荷，發(fā)現(xiàn)手搖的越快，兩球間的距離越大，即偏角越大。特別提醒：由于要保持距離不變，通過(guò)改變電荷量的大小比較困難，而前面已經(jīng)得出了F與r的定性關(guān)系，這里學(xué)生一般能夠看出q越大，F(xiàn)就越大?，F(xiàn)象說(shuō)明：1轉(zhuǎn)的越快說(shuō)明什么?（轉(zhuǎn)得越快，說(shuō)明兩小球的帶電荷量越多。）2兩球距離（偏角）越大說(shuō)明什么?（兩球距離（偏角）越大說(shuō)明兩球間的相互作用力越大。）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：若距離不變，改變電荷量，兩電荷間的作用力F隨電荷量q的減小而減小。事件3教學(xué)任務(wù)：簡(jiǎn)要介紹物理學(xué)史，初步感受平方反比規(guī)律的得出師生活動(dòng)：電荷間的作用力與它們帶的電荷量以及距離有關(guān)，那么電荷之間相互作用力的大小會(huì)不會(huì)與萬(wàn)有引力的大小具有相似的形式呢？簡(jiǎn)要介紹物理學(xué)史：類比法的成功1.普利斯特利(1733-1804):德國(guó)人，氧氣的發(fā)現(xiàn)者，化學(xué)家。2.富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn)用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時(shí)，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力。當(dāng)富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之普利斯特利后，普氏想到：1687年牛頓曾證明:萬(wàn)有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對(duì)殼內(nèi)物體應(yīng)無(wú)作用。普利斯特利將空罐實(shí)驗(yàn)與牛頓推理類比，聯(lián)想到電力也表現(xiàn)了這種特性，所以也應(yīng)遵從平方反比定律。事件4教學(xué)任務(wù)：庫(kù)侖定律的內(nèi)容師生活動(dòng)：1定律內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們電量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。2公式：，其中k為靜電力常量,k =9.010 -9 N m 2/C2.3適用范圍：真空中靜止的點(diǎn)電荷特別說(shuō)明：（1）關(guān)于“點(diǎn)電荷”，應(yīng)讓學(xué)生理解這是相對(duì)而言的，只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略，帶電體就可以看做點(diǎn)電荷。嚴(yán)格地說(shuō)點(diǎn)電荷是一個(gè)理想模型，實(shí)際上是不存在的。這里可以引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)的概念。容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是：只要體積小就能當(dāng)點(diǎn)電荷，這一點(diǎn)在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實(shí)例予以糾正。（2）要強(qiáng)調(diào)說(shuō)明課本中表述的庫(kù)侖定律只適用于真空，也可近似地用于氣體介質(zhì)，對(duì)其他介質(zhì)對(duì)電荷間庫(kù)侖力的影響不便向?qū)W生多作解釋，只能簡(jiǎn)單地指出：為了排除其他介質(zhì)的影響，將實(shí)驗(yàn)和定律約束在真空的條件下。（3）擴(kuò)展：任何一個(gè)帶電體都可以看成由許多點(diǎn)電荷組成的。任意兩點(diǎn)電荷之間的作用力都遵守庫(kù)侖定律。用矢量求和法求合力。利用微積分計(jì)算得：帶電小球可等效看成電量都集中在球心上的點(diǎn)電荷。靜電力同樣具有力的共性，遵守牛頓第三定律，遵守力的平行四邊形定則。 事件5教學(xué)任務(wù)：介紹庫(kù)侖扭稱實(shí)驗(yàn)師生活動(dòng)：利用圖片加文字說(shuō)明的形式展現(xiàn)人類對(duì)靜電力的探究過(guò)程。片段一：1767年，英國(guó)物理學(xué)家普利斯特通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)靜電力與萬(wàn)有引力的情況非常相似，為他首先提出了靜電力平方成反比定律猜測(cè)。片段二：1772年，英國(guó)物理學(xué)家卡文笛許遵循普利斯特利的思想以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電力平方反比定律。 片段三：1785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲈O(shè)計(jì)制作了一臺(tái)精確的扭秤, 用扭秤實(shí)驗(yàn)證明了同號(hào)電荷的斥力遵從平方反比律, 用振蕩法證明異號(hào)電荷的吸引力也遵從平方反比定律。 庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證過(guò)程（投影加解說(shuō)）（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介（利用投影顯示）。（2）如何解決力的準(zhǔn)確測(cè)量？操作方法，力矩平衡：靜電力力矩金屬細(xì)絲扭轉(zhuǎn)力矩，思想方法：放大、轉(zhuǎn)化（3）F與r2關(guān)系的驗(yàn)證。設(shè)計(jì)思想：控制變量法控制Q不變結(jié)果：庫(kù)侖精確地用他的扭稱實(shí)驗(yàn)測(cè)量了兩個(gè)帶電小球在不同距離下的靜電力，證實(shí)了自己的猜測(cè)。基本上驗(yàn)證了F與r之間的平方反比關(guān)系。（4）如何解決電量測(cè)量問(wèn)題，驗(yàn)證F與Q的關(guān)系？庫(kù)侖將兩個(gè)完全相同的金屬小球，一個(gè)帶電、一個(gè)不帶電，兩者相互接觸后電量被兩球等分，各自帶有原有總電量的一半。這樣庫(kù)侖就巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題，用這個(gè)方法依次得到了原來(lái)電量的等的電荷，從而順利的驗(yàn)證得出思想方法：守恒、對(duì)稱。事件6教學(xué)任務(wù)：庫(kù)侖定律的應(yīng)用例題 ：試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力。已知電子的質(zhì)量m1=91010-31kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=16710-27kg。電子和質(zhì)子的電荷量都是16010-19C。分析：這個(gè)問(wèn)題不用分別計(jì)算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力，而是列公式，化簡(jiǎn)之后，再求解。解：電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力分別是：， 可以看出：萬(wàn)有引力公式和庫(kù)侖定律公式在表面上很相似，表述的都是力，這是相同之處；它們的實(shí)質(zhì)區(qū)別是：首先萬(wàn)有引力公式計(jì)算出的力只能是相互吸引的力，絕沒(méi)有相排斥的力。其次，由計(jì)算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬(wàn)有引力比它們之間的靜電引力小的很多，因此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時(shí)，主要考慮靜電力，萬(wàn)有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計(jì)。事件7教學(xué)任務(wù)：鞏固練習(xí)參考題1真空中有兩個(gè)相同的帶電金屬小球A和B，相距為r，帶電量分別為q和2q，它們之間相互作用力的大小為F。有一個(gè)不帶電的金屬球C，大小跟A、B相同，當(dāng)C跟A、B小球各接觸一次后拿開(kāi)，再將A、B間距離變?yōu)?r，那么A、B間的作用力的大小可為（ ）A3F/64 B0 C3F/82D3F/162如圖所示，A、B、C三點(diǎn)在一條直線上，各點(diǎn)都有一個(gè)點(diǎn)電荷，它們所帶電量相等。A、B兩處為正電荷，C處為負(fù)電荷，且BC=2AB。那么A、B、C三個(gè)點(diǎn)電荷所受庫(kù)侖力的大小之比為_(kāi)3真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，分別帶電q1=510-3C，q2=210-2C，它們相距15cm，現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷，它應(yīng)帶電量為_(kāi)，放在_位置才能使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于靜止?fàn)顟B(tài)4把一電荷Q分為電量為q和(Qq)的兩部分，使它們相距一定距離，若想使它們有最大的斥力，則q和Q的關(guān)系是_答案：1.A 2.32：45：5 3. 210-2C，q1q2連線上與q2關(guān)于q1對(duì)稱 4. qQ/2特別說(shuō)明：1點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型，這一點(diǎn)應(yīng)該使學(xué)生有明確的認(rèn)識(shí)。2通過(guò)本書的例題，應(yīng)該使學(xué)生明確地知道，在研究微觀帶電粒子的相互作用時(shí)為什么可以忽略萬(wàn)有引力不計(jì)。3在用庫(kù)侖定律進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要用電荷量的絕對(duì)值代入公式進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)是同種電荷，還是異種電荷來(lái)判斷電荷間的相互作用是引力還是斥力。4庫(kù)侖扭秤的實(shí)驗(yàn)原理是選學(xué)內(nèi)容，但考慮到庫(kù)侖定律是基本物理定律，庫(kù)侖扭秤的實(shí)驗(yàn)對(duì)檢驗(yàn)庫(kù)侖定律具有重要意義，所以希望教師介紹給學(xué)生，可利用模型或掛圖來(lái)介紹。板書設(shè)計(jì)備課資料庫(kù)侖定律的定量研究1、實(shí)驗(yàn)儀器：J2367庫(kù)侖扭秤（投影式）、感應(yīng)起電機(jī)2、實(shí)驗(yàn)采取的研究方法? 控制變量法.3、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？（1）電量一定時(shí)，F(xiàn)與r的關(guān)系. （2）r一定時(shí)，F(xiàn)與Q1Q2.4、實(shí)驗(yàn)原理及步驟：本裝置采用投影儀進(jìn)行放大觀測(cè)，定量演示庫(kù)侖定律。根據(jù)高斯定律，均勻帶電球面在面外各點(diǎn)的電場(chǎng)分布與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布相同，因此，實(shí)驗(yàn)中采用球形帶電體做為點(diǎn)電荷的近似模型。投影式庫(kù)侖扭秤保留了傳統(tǒng)式庫(kù)侖扭秤的物理思想，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、觀測(cè)方法，加工工藝等方面有較大改進(jìn),使演示的可見(jiàn)度大。一、裝置結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)：如圖所示，儀器主要由扭擺球，移動(dòng)球，透明方箱三部分組成。1配重；2調(diào)零片；3游絲；4擺架；5擺軸；6軸承，7擺桿（一半為絕緣材料，另一半為鋁材）；8指針；9透明方箱；10底腳；11止動(dòng)旋鈕；12微調(diào)零旋鈕；13測(cè)力標(biāo)尺；14測(cè)距標(biāo)尺；15移動(dòng)旋鈕；16A球底座；17拉板；18A、B：帶電球二、操作方法：1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）投影調(diào)焦把儀器放在投影器上，調(diào)節(jié)焦距，使測(cè)力標(biāo)尺13和測(cè)距標(biāo)尺14的刻度線都能在銀幕上清晰可見(jiàn)。（2）零點(diǎn)微調(diào)將止動(dòng)旋扭11旋出，使旋扭前端與指針8相離約5mm，當(dāng)發(fā)現(xiàn)指針與測(cè)力標(biāo)尺的0刻度不重合時(shí)，需要零點(diǎn)微調(diào)，把微調(diào)零旋扭12松開(kāi)，輕輕移動(dòng)標(biāo)尺，使指針準(zhǔn)確指零之后，再輕輕擰緊旋扭。（3）干燥處理該儀器的使用條件為相對(duì)濕度80%。在濕度較大時(shí)，需要對(duì)儀器進(jìn)行干燥處理，將拉板17拉開(kāi)，用熱風(fēng)機(jī)向箱內(nèi)吹熱風(fēng)使箱內(nèi)干燥（如發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)的干燥劑發(fā)紅時(shí)，需事先將干燥劑烘干，使它變成藍(lán)色），之后關(guān)上拉板，再用熱風(fēng)機(jī)對(duì)有機(jī)玻璃棒和絲綢進(jìn)行干燥。全部干燥處理后立刻進(jìn)行演示操作。2、演示步驟演示 1 電量一定時(shí)，F(xiàn)與r的關(guān)系。（1）將移動(dòng)旋扭15松開(kāi)，向右推動(dòng)旋扭，使A球與B球相靠。（2）使有機(jī)玻璃棒與絲綢摩擦帶電。（3）將拉板拉開(kāi)，把帶電的有機(jī)玻璃棒伸入箱內(nèi)，穿過(guò)兩球底部，棒的前端微微翹起，離左側(cè)壁1-2cm時(shí)，使棒接觸兩球，向外邊拉邊轉(zhuǎn)，給球帶電。因兩球靠在一起同時(shí)帶等量電荷。兩球帶電后，關(guān)閉拉板。注意：兩球所帶電量不易過(guò)大或過(guò)小，大約在r為5-6cm時(shí)，F(xiàn)為12-20mm（F）為宜。（4）成倍數(shù)的改變r(jià)，分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的F（移動(dòng)A球的快慢適當(dāng)，使擺球有輕微擺動(dòng)過(guò)程到達(dá)新的平衡位置）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電量一定時(shí)， F與r2成反比。演示 2 r一定時(shí)，F(xiàn)與Q1、Q2.的關(guān)系。（1）A、B球帶等量同種電荷，帶電方法同前。移動(dòng)A球，調(diào)節(jié)r的大小，使F為被4整除的一個(gè)整數(shù)