高中物理人教版1第一章静电场第2节库仑定律 市赛获奖

人教版高中物理3－1第一章静电场第2节库仑定律一、复习1、由实验测定的自然界存在的最小电量叫做元电荷(通常取e=C)，所有带电体的电荷量都是它的倍。2、电荷之间相互作用的规律是同种电荷相互，异种电荷相互。二、引入新课师：电荷间的相互作用在日常生活中是一种觉的现象，也有很多有趣的实验现象，比如：同学们是否还想进一步了解电荷间相互作用到底存在什么明确的规律（提出问题）？这也是我们这节课要学习的内容，也是物理学要研究的最重要的问题之一。三、新课教学师：要想进一步了解电荷间相互作用到底存在什么明确的规律，如何研究？简要讨论后明确物理规律研究的一般方法：从定性到定量，从简单到复杂。1、定性研究电荷间作用规律猜想1：电荷之间的相互作用力可能与哪些因素有关？生：带电体间的距离；带电体的电荷量；介质等师：如何用实验加以证明？结论如何？学生思考设计方案，教师归纳演示，学生配合老师一起做。定性实验：谁能让小气球带电？带什么电？师：演示带电气球与玻璃棒相互作用。教师说明课本演示带电体之间相互作用的定性规律。结论：随着带电体间的距离的增大而减小；电荷之间的相互作用力随着带电体的电荷量的增大而增大。2、定量研究电荷间作用规律师：18世纪中叶之前，一直停留在只有定性研究，18世纪中叶，由于牛顿力学和万有引力的研究取得了巨大的成功，在牛顿力学研究的激励下，很多科学家也开始了电荷间作用规律的定量研究。在学习定量研究之前，先向同学们介绍一种重要的研究方法：类比法。（1）类比法思想介绍师：所谓类比法，就是根据两个对象之间在某些方面具有的相同或相似性，推论它们在其他方面也可能相同或相似的方法，其思维过程是从特殊到特殊。类比法应用：牛黄：贵重的药材，你知道是什么吗？牛胆结石。珍珠：河蚌体内进入异物，并以异物为核凝结而成。人们已经成功在河蚌体内植入某种异物培育出人工珍珠。根据牛黄与珍珠形成过程的相似，以及人工育珠的成功，人们推及在牛胆内植入异物，培育人工牛黄，经过反复实验取得成功。加拿大前任外交官切斯特·朗宁，生于湖北，是喝中国奶妈的乳汁长大的。他回国后，在岁竞选议员时，反对派诋毁他是喝中国人的奶长大的，身上一定有中国血统，

郎宁坦然答道：“根据当地习惯，你们是喝牛奶长大，你们身上一定有牛的血统。”师：由类比得出的结论不一定正确，它是一种重要的创新思维方法，正如黑格尔的精辟评价：“类比可能很肤浅，也可能很深刻”在新的科学领域进行最初探讨时，通过新的、未知的事物与旧的、已知的事物在某些方面相似的联想,类比推理可以取得丰硕成果。师：关于电荷间的相互作用规律，如果是你，你会作出怎么样的类比？提出怎样的猜想？生讨论后得到猜想：（2）猜想2：（3）电荷之间的作用力“平方反比律”的定量研究师：18世纪后期有好些科学家也都有这个猜想。尽管定量实验还没有成功，但都确信“平方反比律”适用于电荷之间的作用力，定量实验研究过程中会遇到三大困难：①由于带电体上的电荷分布难以确定，因而无法确定相互作用的带电体之间的距离．②由于当时电荷量的单位还没有，无法确定带电体电荷量的多少．③由于电荷之间的作用力非常小，当时没有足够精密的测量器具．库仑在其他科学家的研究基础上，结合自己独特的研究，很好地解决了这三个困难：怎么解决？学生讨论后老师引导库仑的解决方案。首先:他运用质点类比的方法，理想化模型方法，提出“点电荷”的概念，把带电体电荷分布不确定、间距难以确定的问题解决了。点电荷：把本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体。然后:他利用两个完全相同的小球接触时电荷等量分配的特点，确定带电体电荷量的多少，把电荷量当时没有单位的问题解决了．最后:他发明了库仑扭秤，把测量电荷之间很小力的困难给解决了。库仑扭秤原理介绍：（动画）玻璃圆缸,上面盖一块玻璃板,盖板中间有孔，孔中装一根玻璃管，在玻璃管的上端装有测定扭转角度的测微计,并悬一根银丝穿过管伸进玻璃缸内，横杆的一端为木质小球，另一端平衡小球。带电小球C与小球A接触后分开，以致两个小球均带同种等量电荷。带电小球C与带电小球A远离时，使平衡杆处于自然状态。带电小球C与带电小球A靠近时，由于互相排斥，带电小球A受到斥力产生力矩使横杆旋转，悬丝也跟着发生了扭转形变。产生扭转力矩，因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置"当悬丝的扭转力和库仑力力相平衡时，转动测微计，使带电小球A回到原来位置，记录测微计转过的角度。继续转动测微计，改变带电小球C与带电小球A，测出带电小球C与带电小球A不同距离时测微计的读数。作了三次记录：第一次，两球相距36个刻度,测得银丝的旋转角度为36度"第二次，两球相距18个刻度,测得银丝的旋转角度为144度"第三次，两球相距个刻度,测得银丝的旋转角度为575.度师：那么旋转角度与扭力大小有什么关系呢？介绍自己制作的一个特大扭秤，通过自制的特大扭秤，定量证明扭力大小与旋转角度成正比。暂把这一特大扭秤取名为“王氏扭秤”。从而得到如下结论：实验结论：两小球间隔悬丝扭角距离之比静电力之比第一次36个刻度36度41第二次18个刻度144度24第三次个刻度575.度16师：相斥静电力与距离之间的定量关系猜想得到验证，但是对于异种电荷之间的引力，用扭称不能很好研究，库仑同样用类比通过另一实验装置作了很好的验证（根据学生程度确定是否作些介绍）。于是得出电的引力和斥力都遵守平方反比规律"并于1785年宣布了他的研究成果。（3）库仑定律：关键词：点电荷、真空、静止条件是一个根本的限制条件，空气中近似成立。巩固练习1，主要对库仑定律的适用条件及静电感应有一综合思维提升。例题1：两个半径为r的金属小球带同种电荷，带电量分别为q1和q2，当两球心相距为3r时，相互作用的库仑力大小为（）A、B、C、D、无法确定（4）进一步思考：库仑定律是电磁学中的基本定律之一,是电学史上的第一个定量定律.它的建立标志着电学研究从定性阶段转入定量阶段的研究，现在很多的定量电磁理论都是以库仑定律为基础建立起来的，库仑定律可以说是经典电磁理论的基石，如果不成立,后果很严重。库仑定律是通过类比建立起来的，我们特别要注意精密的验证。大胆假设，小心求证是科学研究的一种重要思想。库仑定律的精密度的验证库仑定律的适用范围库仑定律是否适用所有尺度范围，也必须经过实验的验证才能确定。现在能证明的尺度适用范围为：10-18m到107m之间。是否严格平方反比和是否适用所有尺度范围仍将是以后物理学研究的内容。巩固练习2，主要对库仑定律的应用及与万有引力有一个综合比较。例题2：已知电子的质量m1=×10-31kg，质子的质量m2=×10-27

kg，电子和质子的电荷量都是×10-19C，电子与质子间的最短距离为×10-11m。试比较氢原子中电子和质子间的静电引力和万有引力的大小。教师说明：库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律，但仍是二种不同性质的力，电子和质子的静电