《库仑定律》教学设计.doc

人教版物理选修3-1第一章 第二节库仑定律教学设计 曲靖市麒麟高级中学 何文强 库仑定律教学设计教学目标1、通过演示实验，定性了解带电体之间作用力的大小与电荷量的多少以及带电体间距大小的关系2、明确点电荷是个理想模型。知道带电体简化为点电荷的条件。3、知道库仑定律的文字表述及其公式表述。4、能够运用库仑定律求出电荷间的库伦力二、过程与方法目标1、通过观察演示实验，概括出电荷间的作用规律。培养学生观察、分析、概括能力2、体会研究物理问题的一些常用的方法如：控制变量法、理想模型法、测量变换法、类比法等。3、渗透物理方法的教育，运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点电荷，研究真空中静止点电荷相互作用力问题。三、情感态度与价值观目标1、体会科学研究不易的同时，提升学生探究物理的思维层次2、通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。教学重点及难点1、教学重点（1）库仑定律即：点电荷间相互作用力与距离、电量的关系，库仑力的方向（2）库仑定律的适用条件2、教学难点（1）库仑定律在解题过程中的运用三、教学方法、手段与准备1、探究、讲授、讨论、实验归纳2、演示实验、多媒体课件媒体准备：感应起电机、轻质导电小球、绝缘细绳、铁架台、多媒体课件知识准备：自然界存在着两种电荷，同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。教学过程一、创设情境 ，复习引入新课问题一：我们已经知道，自然界中存在两种电荷，即正电荷和负电荷，而且知道它们之间的相互作用特点，你还记得吗？学生回答：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。问题二：那么电荷间的相互作用力大小跟什么因素有关呢？二、演示实验：1、首先转动感应起电机起电，然后使导电球A与感应起电机的一端相接触，小球带同种电荷后弹开，最后改变二者之间的距离观察有什么现象产生？（注意：观察细线的偏角）答；距离越远，细线偏角越小猜想：带点体间相互作用力的大小与什么因素有关？答：距离，其他条件一定时，距离越远带电体间相互作用力越小2、若保持小球A与感应起电机的位置不变，用另一个不带电相同小球B与小球A接触，然后观察细线的偏角如何变化？为什么？答：细线偏角减小，说明它们的相互作用力减小。问：为何会这样呢？答：A球的电荷有一部分转移给了B球，A球电荷量减小。猜想：带点体间相互作用力的大小还与什么因素有关？答：电荷量，其他条件一定时，电荷量越小带电体间相互作用力越小3、 教师总结：通过以上演示我们已经定性的知道带电体间的相互作用力与电荷量和距离有关，但还无法得出这种力与距离和电荷量的定量关系。那么，前人又有什么看法呢？三、简单介绍一些物理学家的观点1、万有引力定律早已提出，即两物体间引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比。2、普里斯特利最先预言电荷之间的作用力只能与距离的平方成反比。3、利用扭秤实验测出引力常数的卡文迪许也确信“平方反比”规律适用于电荷间的力四、库仑定律1、大胆猜想：库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大小与两物体的质量之积成正比与两物体的距离的二次方成反比的关系，大胆猜想两带电体间作用力与电荷量之积成正比与距离的二次方成反比。2、试验验证（1）三大困难： a.当时没有电量单位，更不用说如何测量物体所带的电荷量b.带电体上的电荷分布不清楚、难以确定电荷间的距离c.这种力通常很小，作用很微弱，没有测量微小力的工具（2）困难解决a.相同金属小球电量均分库仑发现两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，相互接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等。这意味着，如果把一个带电金属小球与另一个不带电完全相同的金属小球接触，前者的电量会分给后者一半。这样，就能把电荷量分成1/2、1/4、1/8b.点电荷联系质点这种理想模型，库仑把宏观相对复杂的带电体抽象为只有质量和电荷量而没有大小和形状的点电荷。点电荷也是一种理想化的物理模型。条件：带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略随堂练习1、有三个完全一样的金属球，A球带的电荷量为q，B、C均不带电。现要使B球带的电荷量为3q/8，应该怎么办？答：根据库仑的发现，两个相同的金属球接触后所带的电荷量相等。所以，先把A球与B球接触，此时B球带点q/2，再把B球与C球接触，则B、C分别带电q/4，最后再让B球与A球接触，则A、B球均带电3q/8。c.库仑扭秤由杠杆原理可知，较小的力通过较长的力臂，能产生较明显的作用 效果。1785年法国物理学家库仑设计制作了一台精确的扭秤库伦扭秤：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电小球A，另一端是一个不带电的球B，B与A所受重力平衡。当把另一个带电金属小球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转。通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。（3）库仑定律a定律内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。b公式：，其中k为静电力常量,k =9.010 -9 N m 2/C2. k的意思：两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是这个力相当于装满50个教学楼的水的重力。所以C是一个非常大的单位c适用范围：真空中静止的点电荷随堂练习2、根据库仑定律公式推导出静电力常量k的单位。答：设k的单位为x 所以k的单位是N m 2/C2随堂练习3真空中有两个相同的带电金属小球A和B，相距固定为r，A带电为+q和B为+2q，它们之间相互作用力的大小为F。有一个不带电的与A、B相同的金属球C，当C先后跟A、B小球各接触一次后拿开，那么此时A、B间的作用力的大小为（ ）A5F/64 B. F/8 C. 5F/16D5F/8答案：C 五、例题分析与启示例题1：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力。已知电子的质量m1=9.1010-31kg，质子的质量m2=1.6710-27kg。电子和质子的电荷量都是16010-19C。分析：这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后，再求解。 解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是： ， ， 可以看出：万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力。其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计。 例题2：真空中有三个点电荷，它们固定在边长为50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是求它们各自所受的库仑力。解：每个点电荷都受到其他两个点电荷的排斥力，情况相同，只要求出一个点电荷的受力即可。如图，分析的受力 可以看出：多点电荷间的合力可以求出。任何一个带电体都可以看成由许多点电荷组成的。任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律。用矢量求和法求合力。进而言之，我们只要知道带电体的电荷分布，那么一般带电体间库仑力同样也是可以求出来的。七、本课小结 这节课我们从同种电荷相互吸引异种电荷相互排斥这一简单的现象到定性的知