庫侖定律教案

1、 靜電力 庫侖定律教案 莆田十中 吳珍發(fā)【三維目標(biāo)】知識(shí)與技能： 1.知道點(diǎn)電荷的概念，理解并掌握庫侖定律的含義及其表達(dá)式； 2.會(huì)用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用定律解決實(shí)際問題能力； 3.知道庫侖扭稱的原理。過程與方法： 1.通過學(xué) 習(xí)庫侖定律得出的過程，體驗(yàn)從猜想到驗(yàn)證、從定性到定量的科學(xué)探究過程，學(xué)會(huì)通過間接手段測(cè)量微小力的方法； 2.通過探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生分析問題并利用有關(guān)物理知識(shí)解決物理問題的研究方法。情感、態(tài)度和價(jià)值觀： 1.通過對(duì)點(diǎn)電荷的研究，讓學(xué)生感受物理學(xué)研究中建立理想模型的重要意義； 2.通過靜電力和萬有引力的類比，讓學(xué)生體會(huì)到自然規(guī)律有其統(tǒng)一性和多樣性。【教學(xué)重點(diǎn)】

2、 1.建立庫侖定律的過程； 2.庫侖定律的應(yīng)用。【教學(xué)難點(diǎn)】 庫侖定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，庫侖定律的應(yīng)用?！窘虒W(xué)方法】 實(shí)驗(yàn)探究法、交流討論法，啟發(fā)引導(dǎo)法【教學(xué)過程和內(nèi)容】同學(xué)們，通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”，這讓我們對(duì)電荷間作用力的方向有了一定的認(rèn)識(shí)。我們把電荷間的作用力叫做靜電力，那么靜電力的大小滿足什么規(guī)律呢？讓我們一起進(jìn)入本章第二節(jié)庫侖定律的學(xué)習(xí)?；顒?dòng)一：思考與猜想同學(xué)們，電荷間的作用力是通過帶電體間的相互作用來表現(xiàn)的，因此，我們應(yīng)該研究帶電體間的相互作用。可是，生活中帶電體的大小和形狀是多種多樣的，這就給我們尋找靜電力的規(guī)律帶來了麻煩。早在300多年以前

3、，偉大的牛頓在研究萬有引力的同時(shí)，就曾對(duì)帶電紙片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，可是由于帶電紙片太不規(guī)則，牛頓對(duì)靜電力的研究并未成功。(問題1)大家對(duì)研究對(duì)象的選擇有什么好的建議嗎？在靜電學(xué)的研究中，我們經(jīng)常使用的帶電體是球體。(問題2)帶電體間的作用力（靜電力）的大小與哪些因素有關(guān)呢？請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)大膽猜想。電荷間的作用力與影響因素的關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明：電荷間的作用力F隨電荷量q的增大而增大；隨距離r的增大而減小。（提示）我們的研究到這里是否可以結(jié)束了？為什么？這只是定性研究，應(yīng)該進(jìn)一步深入得到更準(zhǔn)確的定量關(guān)系。（問題3）靜電力F與r，q之間可能存在什么樣的定量關(guān)系？你覺得哪種可能更大？為什么？（引導(dǎo)學(xué)

4、生與萬有引力類比）活動(dòng)二:設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（問題4）研究F與r、q的定量關(guān)系應(yīng)該采用什么方法？控制變量法（1）保持q不變，驗(yàn)證F與r2的反比關(guān)系；（2）保持r不變，驗(yàn)證F與q的正比關(guān)系。.困難一：F的測(cè)量（在這里F是一個(gè)很小的力，不能用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)量，你有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)F大小的間接測(cè)量嗎？）困難二:q的測(cè)量（我們現(xiàn)在并不知道準(zhǔn)確測(cè)定帶電小球所帶的電量的方法，要研究F與q的定量關(guān)系，你有什么好的想法嗎？）（思維啟發(fā)）有這樣一個(gè)事實(shí)：兩個(gè)相同的金屬小球，一個(gè)帶電、一個(gè)不帶電，互相接觸后，它們對(duì)相隔同樣距離的第三個(gè)帶電小球的作用力相等。這說明了什么？（說明球接觸后等分了電荷）（追問）現(xiàn)在，你有什么

5、想法了嗎？定量驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，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。同學(xué)們，我們一起用了大約20分鐘得到的這個(gè)結(jié)論，其實(shí)在物理學(xué)發(fā)展史上，數(shù)位偉大的科學(xué)家用了近30年的時(shí)間得到的并以法國物理學(xué)家?guī)靵龅拿謥砻膸靵龆?。啟示?類比猜想的價(jià)值讀過牛頓著作的人都可能推想到：凡是表現(xiàn)這種特性的相互作用都應(yīng)服從平方反比定律。這似乎用類比推理的方法就可以得到電荷間作用力的規(guī)律。正是這樣的類比，讓電磁學(xué)少走了許多彎路，形成了嚴(yán)密的定量規(guī)律。馬克吐溫曾說“科學(xué)真是迷人，根據(jù)零星的事實(shí)，增添一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多的收獲!”?？茖W(xué)家以廣博的知識(shí)和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進(jìn)

6、行的猜想，才是最具有創(chuàng)造力的思維活動(dòng)。然而，英國物理史學(xué)家丹皮爾也說“自然如不能被目證那就不能被征服！”啟示二：實(shí)驗(yàn)的精妙1785年庫侖在前人工作的基礎(chǔ)上，用自己設(shè)計(jì)的扭稱精確驗(yàn)證得到了庫侖定律。（庫侖扭稱實(shí)驗(yàn)的介紹：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)巧妙。把微小力放大為力矩，將直接測(cè)量轉(zhuǎn)換為間接測(cè)量，從而得到靜電力的作用規(guī)律庫侖定律。）1內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，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數(shù)學(xué)表達(dá)式：（說明），叫做靜電力常量。3適用條件：（1）真空中(一般情況下，在空氣中也近似適用)；（2）靜止的；（3）點(diǎn)電荷。（強(qiáng)調(diào)）庫侖定律的

7、公式與萬有引力的公式在形式上盡管很相似，但仍是性質(zhì)不同的兩種力。我們來看下面的題目：例1、（公式的簡(jiǎn)單變化）兩個(gè)放在絕緣上的相同金屬球A、B，相距d，球的半徑比d小得多，分別帶有電荷3q和q，A球受到的庫侖引力大小為。則（1）B球受到的庫侖引力為_。（2）若保持球A、B的電荷量不變，電荷間的距離增大為原來的2倍，電荷間的作用力為_。（3）若保持球A、B間距離不變，電荷量都增大為原來的2倍，電荷間的作用力為_。（4）現(xiàn)將這兩個(gè)金屬球接觸，然后仍放回原處，則電荷間的作用力將變?yōu)開（引力或斥力）,大小為_。答案：1）F 2） F/4 3） 4F 4）斥力 F/3例2（過渡）兩個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力我們會(huì)求

8、解了，可如果存在三個(gè)電荷呢？例3、（多力情況）有兩個(gè)帶正電的小球，電荷量分別為Q和9Q，在真空中相距l(xiāng)如果引入第三個(gè)小球，恰好使得3個(gè)小球只在它們相互的靜電力作用下都處于平衡狀態(tài)，第三個(gè)小球應(yīng)帶何種電荷，應(yīng)放在何處，電荷量又是多少？（承前啟后）兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力不因第三個(gè)點(diǎn)電荷的存在而有所改變。因此，多個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)同一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的作用力的矢量和。解：(多個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)同一點(diǎn)電荷作用力的疊加問題。一方面鞏固庫侖定律，另一方面，也為下一節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加做鋪墊。)（拓展說明）庫侖定律是電磁學(xué)的基本定律之一。雖然給出的是點(diǎn)電荷間的靜電力，但是任何一個(gè)帶電體都可以看成是由

9、許多點(diǎn)電荷組成的。所以，如果知道了帶電體的電荷分布，就可以根據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則求出帶電體間靜電力的大小和方向了。而這正是庫侖定律的普遍意義。例4（與其他力小綜合）兩個(gè)質(zhì)量均為0.20g的小球,帶的電量相同,用長(zhǎng)為30.0cm的細(xì)線掛在同一點(diǎn).靜止時(shí)兩線夾角為2=10.小球的半徑可忽略不計(jì),求每個(gè)小球的電荷量.（ sintan ）1.庫侖扭秤實(shí)驗(yàn).萬有引力實(shí)驗(yàn)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、控制變量法2.與重力大小的比較萬有引力與庫侖定律有相似的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但是是兩種力，大小相差很大。試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力已知電子的質(zhì)量m1=9.1010-31kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.6710-27kg電子和質(zhì)子的電荷量都是1.6010-19C距離是5.310-11m(通過定量計(jì)算，讓學(xué)生明確對(duì)于微觀帶電粒子，因?yàn)殪o電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬有引力，所以我們往往忽略萬有引力。)一、點(diǎn)電荷1、定義 2、理解：理想模型，視情況而定二、庫侖定律1、探 究實(shí)驗(yàn)2、庫侖定律1）內(nèi)容，2）公式3）理解 ：對(duì)r的理解，K的理解k=9.0109Nm2/C24）適用范圍 ： 真空（空氣中近似成立） 點(diǎn)電荷5）應(yīng)用：例1,2,3,4（理解庫侖力