高中物理人教版1第一章靜電場第2節(jié)庫侖定律 市賽獲獎

人教版高中物理3－1第一章靜電場第2節(jié)庫侖定律一、復(fù)習(xí)1、由實(shí)驗(yàn)測定的自然界存在的最小電量叫做元電荷(通常取e=C)，所有帶電體的電荷量都是它的倍。2、電荷之間相互作用的規(guī)律是同種電荷相互，異種電荷相互。二、引入新課師：電荷間的相互作用在日常生活中是一種覺的現(xiàn)象，也有很多有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比如：同學(xué)們是否還想進(jìn)一步了解電荷間相互作用到底存在什么明確的規(guī)律（提出問題）？這也是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也是物理學(xué)要研究的最重要的問題之一。三、新課教學(xué)師：要想進(jìn)一步了解電荷間相互作用到底存在什么明確的規(guī)律，如何研究？簡要討論后明確物理規(guī)律研究的一般方法：從定性到定量，從簡單到復(fù)雜。1、定性研究電荷間作用規(guī)律猜想1：電荷之間的相互作用力可能與哪些因素有關(guān)？生：帶電體間的距離；帶電體的電荷量；介質(zhì)等師：如何用實(shí)驗(yàn)加以證明？結(jié)論如何？學(xué)生思考設(shè)計(jì)方案，教師歸納演示，學(xué)生配合老師一起做。定性實(shí)驗(yàn)：誰能讓小氣球帶電？帶什么電？師：演示帶電氣球與玻璃棒相互作用。教師說明課本演示帶電體之間相互作用的定性規(guī)律。結(jié)論：隨著帶電體間的距離的增大而減?。浑姾芍g的相互作用力隨著帶電體的電荷量的增大而增大。2、定量研究電荷間作用規(guī)律師：18世紀(jì)中葉之前，一直停留在只有定性研究，18世紀(jì)中葉，由于牛頓力學(xué)和萬有引力的研究取得了巨大的成功，在牛頓力學(xué)研究的激勵下，很多科學(xué)家也開始了電荷間作用規(guī)律的定量研究。在學(xué)習(xí)定量研究之前，先向同學(xué)們介紹一種重要的研究方法：類比法。（1）類比法思想介紹師：所謂類比法，就是根據(jù)兩個對象之間在某些方面具有的相同或相似性，推論它們在其他方面也可能相同或相似的方法，其思維過程是從特殊到特殊。類比法應(yīng)用：牛黃：貴重的藥材，你知道是什么嗎？牛膽結(jié)石。珍珠：河蚌體內(nèi)進(jìn)入異物，并以異物為核凝結(jié)而成。人們已經(jīng)成功在河蚌體內(nèi)植入某種異物培育出人工珍珠。根據(jù)牛黃與珍珠形成過程的相似，以及人工育珠的成功，人們推及在牛膽內(nèi)植入異物，培育人工牛黃，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)取得成功。加拿大前任外交官切斯特·朗寧，生于湖北，是喝中國奶媽的乳汁長大的。他回國后，在歲競選議員時，反對派詆毀他是喝中國人的奶長大的，身上一定有中國血統(tǒng)，

郎寧坦然答道：“根據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣，你們是喝牛奶長大，你們身上一定有牛的血統(tǒng)?！睅煟河深惐鹊贸龅慕Y(jié)論不一定正確，它是一種重要的創(chuàng)新思維方法，正如黑格爾的精辟評價(jià)：“類比可能很膚淺，也可能很深刻”在新的科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行最初探討時，通過新的、未知的事物與舊的、已知的事物在某些方面相似的聯(lián)想,類比推理可以取得豐碩成果。師：關(guān)于電荷間的相互作用規(guī)律，如果是你，你會作出怎么樣的類比？提出怎樣的猜想？生討論后得到猜想：（2）猜想2：（3）電荷之間的作用力“平方反比律”的定量研究師：18世紀(jì)后期有好些科學(xué)家也都有這個猜想。盡管定量實(shí)驗(yàn)還沒有成功，但都確信“平方反比律”適用于電荷之間的作用力，定量實(shí)驗(yàn)研究過程中會遇到三大困難：①由于帶電體上的電荷分布難以確定，因而無法確定相互作用的帶電體之間的距離．②由于當(dāng)時電荷量的單位還沒有，無法確定帶電體電荷量的多少．③由于電荷之間的作用力非常小，當(dāng)時沒有足夠精密的測量器具．庫侖在其他科學(xué)家的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合自己獨(dú)特的研究，很好地解決了這三個困難：怎么解決？學(xué)生討論后老師引導(dǎo)庫侖的解決方案。首先:他運(yùn)用質(zhì)點(diǎn)類比的方法，理想化模型方法，提出“點(diǎn)電荷”的概念，把帶電體電荷分布不確定、間距難以確定的問題解決了。點(diǎn)電荷：把本身的線度比相互之間的距離小得多的帶電體。然后:他利用兩個完全相同的小球接觸時電荷等量分配的特點(diǎn)，確定帶電體電荷量的多少，把電荷量當(dāng)時沒有單位的問題解決了．最后:他發(fā)明了庫侖扭秤，把測量電荷之間很小力的困難給解決了。庫侖扭秤原理介紹：（動畫）玻璃圓缸,上面蓋一塊玻璃板,蓋板中間有孔，孔中裝一根玻璃管，在玻璃管的上端裝有測定扭轉(zhuǎn)角度的測微計(jì),并懸一根銀絲穿過管伸進(jìn)玻璃缸內(nèi)，橫桿的一端為木質(zhì)小球，另一端平衡小球。帶電小球C與小球A接觸后分開，以致兩個小球均帶同種等量電荷。帶電小球C與帶電小球A遠(yuǎn)離時，使平衡桿處于自然狀態(tài)。帶電小球C與帶電小球A靠近時，由于互相排斥，帶電小球A受到斥力產(chǎn)生力矩使橫桿旋轉(zhuǎn)，懸絲也跟著發(fā)生了扭轉(zhuǎn)形變。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，因?yàn)閼揖€很細(xì)，很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置"當(dāng)懸絲的扭轉(zhuǎn)力和庫侖力力相平衡時，轉(zhuǎn)動測微計(jì)，使帶電小球A回到原來位置，記錄測微計(jì)轉(zhuǎn)過的角度。繼續(xù)轉(zhuǎn)動測微計(jì)，改變帶電小球C與帶電小球A，測出帶電小球C與帶電小球A不同距離時測微計(jì)的讀數(shù)。作了三次記錄：第一次，兩球相距36個刻度,測得銀絲的旋轉(zhuǎn)角度為36度"第二次，兩球相距18個刻度,測得銀絲的旋轉(zhuǎn)角度為144度"第三次，兩球相距個刻度,測得銀絲的旋轉(zhuǎn)角度為575.度師：那么旋轉(zhuǎn)角度與扭力大小有什么關(guān)系呢？介紹自己制作的一個特大扭秤，通過自制的特大扭秤，定量證明扭力大小與旋轉(zhuǎn)角度成正比。暫把這一特大扭秤取名為“王氏扭秤”。從而得到如下結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩小球間隔懸絲扭角距離之比靜電力之比第一次36個刻度36度41第二次18個刻度144度24第三次個刻度575.度16師：相斥靜電力與距離之間的定量關(guān)系猜想得到驗(yàn)證，但是對于異種電荷之間的引力，用扭稱不能很好研究，庫侖同樣用類比通過另一實(shí)驗(yàn)裝置作了很好的驗(yàn)證（根據(jù)學(xué)生程度確定是否作些介紹）。于是得出電的引力和斥力都遵守平方反比規(guī)律"并于1785年宣布了他的研究成果。（3）庫侖定律：關(guān)鍵詞：點(diǎn)電荷、真空、靜止條件是一個根本的限制條件，空氣中近似成立。鞏固練習(xí)1，主要對庫侖定律的適用條件及靜電感應(yīng)有一綜合思維提升。例題1：兩個半徑為r的金屬小球帶同種電荷，帶電量分別為q1和q2，當(dāng)兩球心相距為3r時，相互作用的庫侖力大小為（）A、B、C、D、無法確定（4）進(jìn)一步思考：庫侖定律是電磁學(xué)中的基本定律之一,是電學(xué)史上的第一個定量定律.它的建立標(biāo)志著電學(xué)研究從定性階段轉(zhuǎn)入定量階段的研究，現(xiàn)在很多的定量電磁理論都是以庫侖定律為基礎(chǔ)建立起來的，庫侖定律可以說是經(jīng)典電磁理論的基石，如果不成立,后果很嚴(yán)重。庫侖定律是通過類比建立起來的，我們特別要注意精密的驗(yàn)證。大膽假設(shè)，小心求證是科學(xué)研究的一種重要思想。庫侖定律的精密度的驗(yàn)證庫侖定律的適用范圍庫侖定律是否適用所有尺度范圍，也必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證才能確定。現(xiàn)在能證明的尺度適用范圍為：10-18m到107m之間。是否嚴(yán)格平方反比和是否適用所有尺度范圍仍將是以后物理學(xué)研究的內(nèi)容。鞏固練習(xí)2，主要對庫侖定律的應(yīng)用及與萬有引力有一個綜合比較。例題2：已知電子的質(zhì)量m1=×10-31kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=×10-27

kg，電子和質(zhì)子的電荷量都是×10-19C，電子與質(zhì)子間的最短距離為×10-11m。試比較氫原子中電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力的大小。教師說明：庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次平方反比規(guī)律，但仍是二種不同性質(zhì)的力，電子和質(zhì)子的靜電