电荷 库仑定律.doc

第一节电荷库仑定律（第1课时）【教学目标】：(一)知识目标：1.知道摩擦起电和感应起电并不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开.2.知道电荷守恒定律.3.知道什么是元电荷.4.掌握库仑定律，知道点电荷的概念，并理解真空中的库仑定律.5.会用库仑定律进行有关的计算.(二)能力目标：1.渗透理想化方法，培养学生由实际问题进行简化抽象建立物理模型的能力.2.渗透控制度量的科学研究方法.(三)德育目标：通过元电荷的教学，渗透物质无限可分的辩证唯物主义观点.【教学重点】：库仑定律和库仑力的教学.【教学难点】：关于库仑定律的教学【教学方法】：实验归纳法、讲授法【教学用具】：静电感应演示器、玻璃棒、丝绸、有绝缘支架的小球、细线、小球、验电器.【教学过程】：(一)引入：课题引入可以通过几个小实验让学生观察基本的电现象，下面提供几个小实验以供参考：演示1：取两片吹塑纸，将一片放在可以灵活转动的支座上，用另一片靠近它，让学生观察有什么现象，然后用手摩擦这两片吹塑纸，再靠近，让学生观察发生的现象。（不用手摩擦时它们没有作用，用手摩擦后它们互相排斥）演示2：将一张薄纸，卷成筒状，将下端撕开成流苏状，用摩擦好的塑料制品去接触，发现流苏开始振动，象一只会跳舞的章鱼；让学生讨论这些现象，运用初中所学来分析；演示3：用和丝绸摩擦后的玻璃棒去接触验电器的金属球，发现箔片张开，表明玻璃棒带了电.问：玻璃和丝绸为什么会带电？分别带什么电？它们所带的电荷的多少叫什么？这种使物体带电的方法叫什么？“摩擦起电”可以了解哪些知识？带电特点：说明了：如何来检验其是否带电？教师总结：摩擦过的物体性质有了变化，能够吸引轻小物体，我们说此时物体带了电或者说带了电荷。而用摩擦的方法使物体带电就叫做摩擦起电。人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。在东汉初年就有了带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载，我国古代人民非常善于观察，早在两千多年前的西汉时期就有“玳瑁吸裙”的记载，玳瑁是一种美丽的龟壳，人们在用它作首饰时无意中发现摩擦后的玳瑁会吸引衣服。让学生讨论在日常生活中见过类似的摩擦起电现象，学生举例分析后可以布置课下作业。（夏天女生穿裙子时摩擦布）除了用摩擦使物体带电，还有其他方法也可使物体带电，本节课我们就来学习这些方法：(二)新课教学：1.电荷守恒定律：做课本演示实验，观察在带正电的C向A、B靠近时，A、B的箔片张开情况.分析现象，结合检验，得到A、B分别带上了负电荷和正电荷.介绍这种把电荷移近不带电的物体，使物体带电的方法，叫感应起电，这种现象叫静电感应.介绍感应起电的实质是使物体中的正负电荷分开，并使电荷从物体的一部分转移到另一部分.结合上述两种起电方式的实质，进一步总结归纳得到电荷守恒定律.2.物体带电的三种方式：即摩擦起电、感应起电和接触带电.(1)摩擦起电是由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷.玻璃棒与丝绸摩擦时，由于玻璃棒容易失去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时，由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电.(2)感应起电是指利用静电感应使物体带电的方式.例如图1411所示，将导体A、B接触后去靠近带电体C，由于静电感应，导体A、B上分别带上等量异种电荷，这时先把A、B分开，然后移去C，则A和B两导体上分别带上了等量异种电荷，如图1412所示. 图1411 图1412先理论分析再实验验证：怎样做才能到达起电这一目的？(3)接触带电，指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式.电荷的分布与物体的形状有关。实验研究表明：将一个带电的金属小球跟另一个完全相同的不带电的金属小球接触后分开，它们平分了原来的带电量而带上等量同种电荷.3.起电本质：遵循电荷守恒定律从物体带电的各种方式不难看出，它们都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了物体的另一部分.4.元电荷：学生阅读课文相关内容.提出问题：不同的带电体，所带的电荷量不相同，带电体所带电荷量最小为多少？总结得到什么是元电荷.5.库仑定律：问：我们知道，两个电荷之间会产生力的作用，那么电荷之间的相互作用力和什么有关系呢？做课本图142的实验.注意观察小球偏角的变化以及引起这一变化的原因.通过对实验现象的定性分析得到：电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减小.法国物理学家库仑，用实验研究了电荷间相互作用的电力，这就是库仑定律.a：内容：b：表达式.c：k叫静电力常量，k=9109 Nm2/C2.介绍点电荷：a：不考虑大小和电荷的具体分布，可视为集中于一点的电荷.b：点电荷是一种理想化模型.c：介绍把带电体处理为点电荷的条件.d：库仑定律给出的虽是点电荷间的静电力，但是任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的，据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力大小和方向.6.例题分析：用投影片出示例题1.学生在投影片上解答.抽查评析.说明库仑力和万有引力相似之处，并激发同学们的学习兴趣.例1如图所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则A.金属球可能不带电B.金属球可能带负电C.金属球可能带正电D.金属球一定带负电解析：验电器的金箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相排斥，张开角度的大小决定于两金箔带电荷的多少.如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金箔上的正电荷逐渐“上移”，从而使两金箔张角减小，选项正确，同时否定选项如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球上电荷重新分布，靠近B球的端面出现负的感应电荷，而背向B球的端面出现正的感应电荷.A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，因距离的不同而表现为吸引作用，从而使金箔张角减小，选项正确，同时否定选项D说明：本题主要考查了两个知识点：(1)同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引.(2)静电感应现象.由(1)可直接判断带电体接近验电器时引起的张角变化；由(1)(2)两个知识点来解决中性导体接近带电的验电器时张角的变化，结论是两金箔张角减小.同学们再考虑当某带电导体靠近不带电的验电器的金属小球时，两金箔张角将如何变化?例2真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A和B(A、B均可看作点电荷)，分别固定在两处，两球间静电力为F.用一个不带电的同样的金属小球C先和A接触，再与B接触，然后移去C，则A、B球间的静电力应为多大?若再使A、B间距增大一倍，则它们的静电力又为多大?解析：设A、B两球的电量分别为q、，相距r,那么，是引力.用球C接触球A后，A、C带电均为q/2；再用球C与球B接触后，电荷又重新平均分配.移去球C，A、B间的静电力为仍为引力.再把A、B间距从r增大到2r,说明：在本题中，若球C继续与A接触又与B接触，同学们可以发现，接触次数越多，A、B所带电量越少，最终A、B、C三个小球带电都趋于零.一般地，两相同的金属小球分别带电1、2，利用第三个相同的金属小球来回与它们接触无限多次后，三个小球所带电量趋于相等，即123（2）(三)巩固练习相距为L的点电荷A、B的带电量分别为+4Q和Q，要引入第三个点电荷C，使三个点电荷在库仑力作用下都处于平衡状态，求点电荷C的带电量和放置的位置.(四)小结：本节我们主要学习了电荷及库仑定律，在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据电荷种类来判定是引力还是斥力.(五)作业：P94练习一(六)板书设计：电 点电荷：带电体的线度远小于相互作用距离荷 元电荷： .库 电荷守恒： .仑 公式定 库仑定律律 内容随堂练习（1）1.电荷 电荷守恒(1)自然界中只存在两种电荷： 电荷和 电荷.电荷间的作用规律是：同种电荷相互 ，异种电荷相互 .电荷的多少叫 .(2)静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使 ，这种现象叫静电感应.利用静电感应使物体带电叫 起电.(3)电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体 到另一物体，或者从物体的一部分 到另一部分.2.元电荷： ，所有带电体的电荷量或者 或者 .3.库仑定律：(1)定律的内容：真空中两个 之间相互作用的电力，跟它们的 成正比，跟它们的 成反比，作用力的方向在 .(2)库仑力的大小F (3)静电力恒量 4.下列说法正确的是(A)A.摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分开，而总电荷量并未变化B.用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上C.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷D.物体不带电，表明物体中没有电荷5.相距L的点电荷A、B的带电量分别为+4Q和Q，要引入第三个点电荷C，使三个点电荷在库仑力作用下都处于平衡状态，求电荷C的电量和放置的位置. (电荷C应放在A、B两点的连线上B点的右侧，距B点L处，带电量为+4Q.)6.将一定电量Q分为q和(Qq)，在距离一定时，其相互作用力最大，则q值应为(A)A. B. C. D.7.如图所示，原来不带电的绝缘金属导体MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的绝缘金属球A靠近导体的M端，可能看到的现象是CA.只有M端验电箔张开B.只有N端验电箔张开C.两端的验电箔都张开D.两端的验电箔都不张开8.绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜.在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时a、b都不带电，如图所示.现使b带电，则DA.ab之间不发生相互作用B.b将吸引a,吸在一起不分开C.b立即把a排斥开D.b先吸引a,接触后又把a排斥开图14169.挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于电荷的相互作用或靠近，如图甲所示；或远离，如图乙所示，则BCA.甲图中两球一定带异种电荷B.乙图中两球一定带同种电荷C.甲图中至少有一个带电D.乙图中两球至少有一个带电10.有A、B、C三个用绝缘柱支持的相同导体球，A带正电，B和C不带电，讨论用什么办法能使：(1)B、C都带正电；(2)B、C都带负电；(3)B、C带等量异种电荷. (1)接触起电 （2）分别感应，接地 （3）B、C 接触感应，再分开课后练习一、选择题1、对元电荷的理解，正确的是（CD ）A元电荷就是电子B元电荷就是质子C元电荷表示跟电子电量数值相等的电荷D物体所带电量只能是无电荷的整数倍2、对物体带电现象的叙述，正确的是（BD ）A物体带电一定具有多余的电子B摩擦起电实质上是电荷从一个物体转移到另一个物体的过程C物体所带电荷量可能很小，甚至小于eD电中和是等量异种电荷完全相互抵消的现象3、下列说法正确的是（ABD ）A、已知验电器上带正电荷后，验电器上的金箔张开了一定角度，如果用另一带电体接触验电器的金属球，金箔张角更大，则可以判定带电体一定带正电B、让两个带电体接触后分开，两个带电体都不带电，则两个带电体原来一定带等量异种电荷C、两个带电体之间的库仑力总是与它们所带电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比D、两个点电荷间的相互作用力，不因第三个电荷的引入而发生变化4、有三个相同的金属小球A、B、C，其中A、B两球带电情况相同，C球不带电将A、B两球相隔一定距离固定起来，两球间的库仑力是F，若使C球 先和A接触，再与B接触，移去C，则A、B间的库仑力变为（C ）A B C D 5、A、B两个带同种电荷的绝缘金属小球，半径为 ，相距 （ ），A带电荷量 ，B带电荷量 ，A、B相互作用力大小为F，则（BC ）A、当A、B相距为2L时，作用力变为 B、当A、B两球相互接触后再放回原位置，相互作用力将增大C、A、B两球电荷量分别变为原来的 和4倍，则作用力变为2FD、若两球靠得非常近，则作用力将无限增大6、A、B两个带同种电荷的绝缘金属小球，半径为 ，球心相距 ，A带电荷量 ，B带电荷量 ，则A、B间相互作用力为（D ）A、等于 B、等于 C、大于 D、小于 7.两个相同的金属小球，带电量之比为1，相距为r,两者相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的CDA. B. C. D.8.三个相同的金属球，原来有两个小球带电量相等，相互间的引力为F，用第三个不带电的小球，依次接触两个带电球后再移走，则原来两个带电小球之间的相互吸引力变为CA. B. C. D.图14179.真空中固定着A、B两个带负电的点电荷，它们间的距离为10 ，现将另一个点电荷C，放到A、B连线上距A2处，则C恰好处于平衡状态，则A、B两个点电荷电量之比QA 116 .10.如图1417所示，一个挂在丝线下端的带正电的小球B，静止在图示位置；若固定的带正电的小球A电量为Q，B球的质量为m，带电量为q，=30，A和B在同一水平线上，整个装置处于真空中，求A、B两球之间的距离为多少?11.有一弹簧原长为L0，两端固定绝缘小球上带同种电荷，电量都为q0，由于静电斥力使弹簧伸长了L，如图所示，如果两球的电量均减为原来的一半，那么，弹簧比原长伸长了(C )A. B.小于 C.大于 D. 12.如图所示，用两根丝线挂着两个质量相同的小球M、N，此时上下丝线的受力分别为TM和TN，如果使M球带正电，N球带负电，上下线受到的力分别为、，则(BC)A. TM B. TN C. TM= D. TN二、填空题1、 粒子（ 氦原子核）所带电量为 C；一个带正电为 MC的小尘埃，失去的电子个数为 个2、把电荷移近不带电导体，在导体上高电荷近的一端带 ，离电荷远的一端带 ，这种现象叫静电感应异种电荷 同种电荷备课素材一：谈谈库仑定律中的比例常量在现行的高中物理教材（人教版）库仑定律的表达式F=k中，关于比例常数k只说道：“由实验得出k=9.0109 Nm2C2.”一些普通物理课本中有的只说：“在MKSA单位制中将k写成k=1/40的形式.”至于为什么要写成这样的形式却未加说明.有的课本只是说了：“用这样较复杂的比例常数形式是为了使由库仑定律推导出来的某些常用公式可以变得形式简单些”.而这个比例常数的意义均未指出.当然，作为高中课本来说，不可能在开始接触电磁学知识时就讨论这个问题，但是，对物理教师而言，弄清k=1/40的意义是必要的，也是应该的.本文就此谈谈自己的学习体会，不妥之处，请大家指正.在各单位制（如绝对静电单位制、绝对电磁单位制、高斯单位制、国际单位制等）中，电磁学公式有“未有理制”和“有理制”两种形式如下表：公式名称未有理制有理制库仑定律F=Q1Q2/0r2F=Q1Q2/40r2(k=1/40)点电荷的场强E=Q/0r2E=Q/40r2(k=1/40)点电荷的电势U=Q/0rU=Q/40r(k=1/40)平行板电容器内场强E=4/0E=/0(=Q/S)平行板电容器的电容C=0S/4dC=0S/d(0S/d=)从表中可以看出，由未有理制的库仑定律导出的点电荷的场强为E=Q/0r2，点电荷的电势为U=Q/0r，而平行板电容器的场强为E=4/0.由于点电荷的电场分布具有球对称性，但在它们的场强公式和电势公式中没有系数4出现，而在平行板电容器内的均匀场强公式中反而出现了系数4，这显然是不合理的.为了使公式合理化，在库仑定律公式中先引入了系数，如上表.这样，就使得由库仑定律导出的电容为C=0S/d等.此外，再谈谈比例常数k中引入真空介电常数0的意义.引入0是为导出介质中库仑定律公式的必要过程，但是为什么把0放在比例常数的分母上呢？理论和实践证明：一切电介质在外电场的作用下都要极化，而由极化电荷产生的附加电场总是对原电场起着削弱的作用.因此，在有电介质存在时，两点电荷间的相互作用力要比它们处在真空中时为小，随着电介质的不同两点电荷间作用力被削弱的程度亦不同.实验表明，在其他条件（如电荷的电量和电荷间的距离）相同的情况下，电荷间的作用力与电介质的介电常数0成反比，因此将0放在比例常数的分母上是有实践和理论根据的，这就是令k=1/40的全部意义.0的值可以由实验测定，利用公式C=0S/d和C=Q/U可以测得0=8.851012(F/m)(或8.851012C2/Nm2).也可以通过单位的换算求得.所以备课素材二：点电荷点电荷是没有大小的带电体，是一种理想模型实际的带电体(包括电子、质子等)都有一定大小，它们都不是点电荷当电荷间距离大到可以认为电荷大小、形状不起什么作用时，可将电荷看成点电荷对非点电荷间的相互作用力，可看成许多点电荷间相互作用力的叠加静止点电荷对运动点电荷的作用力可用库仑定律计算，但运动点电荷对运动点电荷的作用力一般不能用库仑定律计算两静止点电荷间的相互作用是通过静电场产生的点电荷与检验电荷点电荷与检验电荷（又称试探电荷）是在研究静电场性质时引进的两个概念库仑定律反映的就是真空中两个点电荷之间相互作用力的规律，它涉及了点电荷概念；研究电场各点力的性质、定义电场强度矢量时又涉及了检验电荷这个概念为什么一个用点电荷，一个又要用检验电荷呢？点电荷与检验电荷有什么区别？这些问题的产生是很自然的，正确地理解它们，进一步区别它们当然也是很必要的就字面上理解，“点电荷”就是带电体，是一个没有大小和形状的几何点而电荷又全部集中在这几何点上事实上，任何带电体都有其大小和形状，真正的点电荷是不存在的，它像力学中的“质点”概念一样，纯属一个理想化模型不过，当我们在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的几何线度比起它们之间的距离小得很多，那么，带电体的形状、大小和电荷分布对带电体之间的相互作用的影响就可以忽略不计在此情况下，我们仍可以把带电体抽象成点电荷模型也只有这样，“电荷之间的距离”这一概念本身才有完全确定的意义故从此角度看，点电荷又是一个相对性概念为了能对点电荷的相对性认识得更充分、更深刻，我们不妨再以均匀带电圆盘中心轴线上的场强公式为例来加以说明均匀带电圆盘轴线上任一点的场强公式为：式中 是真空中的介电常数， 是圆盘上的电荷面密度，R为圆盘半径，x是轴线上所论点到圆盘中心的距离当 ，即对于轴线上所论点看来可以认为均匀带电圆盘为“无限大”时，所论点的场强等于 若 ，则按二项式定理展开并略去 的高幂项，即得：式中 ，是圆盘所带电量由此可见，当圆盘轴线上所论点到圆盘中心的距离与圆盘本身的大小相比为很大时，所论点的场强与带电量q的圆盘其中心的一个点电荷在该点所产生的场强相同这里特别值得一提的是，点电荷决不像有些人认为的那样，一定是一个带有很少电量的带电体点电荷可以是电量很小，也可以是电量很大另外，正像力学中可以把任何物体看作质点的集合一样，任何带电体都可以看作是点电荷的集合由此，若相互作用的不是点电荷而是有限大带电体，则原则上总可将带电体看成是由无限个点电荷元所组成的连续点电荷系，然后再利用适用点电荷相互作用规律的库仑定律，通过求和或积分求出两带电体之