《探究静电力》教案.doc

探究静电力一、教学目标知识目标1、理解点电荷的概念；2、通过对演示实验的观察和思考，概括出两个点电荷之间的作用规律；3、掌握库仑定律的内容及其应用；能力目标1、通过对演示实验的观察概括出两种电荷之间的作用规律，培养学生观察、总结的能力；2、，通过点电荷模型的建立，了解理想模型方法情感目标了解人类对电荷间相互作用认识的历史过程，培养学生对科学的好奇心，体验探索自然规律的艰辛和喜悦渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，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间互相作用力问题库仑定律。二、教学重难点使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定库仑定律。三、教学难点真空中点电荷间作用力为一对相互作用力，遵从牛顿第三定律，是难点。四、教学与教法 1、用演示复习法引入，注意对比 2、认真观察现象，理解各步的目的 3、掌握解题的思维和方法，而不要一味的强调公式的记忆。五、教学器具：1、演示两种电荷间相互作用：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒（2支）2、定性演示相关物理量间关系：铝箔包好的草球、表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。六、课时安排：3课时教学过程（第一课时）一、新课引入初中学过电荷之间的相互作用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。那么排斥或者吸引之间的力究竟是多大呢？引进新课。二、进行新课（一）点电荷对比：牛顿在研究物体运动时引入质点库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷，这是人类思维方法的一大进步。什么是点电荷：简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。理想模型方法是物理学常用的研究方法。当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型，这样可以使问题的处理大为简化。讨论与交流一个带电体在什么情况下可以看成点电荷？与研究问题所要求的精确度有无关系？（二）库仑定律 1、方法：变量控制法 2、实验介绍与演示（课本第6页）观察与思考1）研究相互作用力F与距离r的关系 使A、B、C带同种电荷，且B、C的电荷量相等，观察B、C偏角，思考r增大时，F的大小如何变化，并记下你的结论。2）研究相互作用力F与电荷量的关系使A、B带同种电荷，观察B的偏角，设B原来的电荷量为q，使不带电的C、与B接触一下即分开，这时B、C就各带的电荷量。保持A、B的距离不变，观察B的偏角，思考当B球带的电荷量减少时，F的大小如何变化？3）综合以上两种情况，你的结论是什么？库仑定律内容：在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。库仑定律公式表示：若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F为 ，方向：在两个点电荷的连线上，同性相斥，异性相吸式中F、q1、q2、r诸量单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、k=9109 Nm2C2q2受到q1 的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。介绍库仑扭称实验。（1）适用条件：真空中的点电荷。在干燥的空气中，库伦定律也近似适用。 可以这么认为，若不是在真空中，库伦定律中的k的值会发生改变。 （2）关于库伦定律的几点说明： 有人直接根据库伦定律的公式得出：距离r0时，F的结论，这是不正确的。因为当r0时，两电荷已失去作为点电荷的前提条件，不能用库伦定律进行计算它们之间的力。 当两点电荷均静止或只发生一个电荷的运动时，库伦定律适用；当两点电荷均运动时，库伦定律不适用。 关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向即可。当然也可将q1 、q2带符号运算，F为“+”表示斥力，F为“-”表示引力。建议使用第一种方法。 当一个点电荷受到多个点电荷的作用，可以根据力的独立原理（平行四边形定则）合成求出合力。 库伦力也叫静电力，是“性质力”不是“效果力”，它与重力、弹力、摩擦力一样具有自己的特性，同样遵循牛顿第三定律，不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大。在实际应用时，与其他力一样，受力分析时不能漏掉。 库仑定律的表达式与万有引力的表达式形式上非常的相似，而且这两种力都是不需要接触就能产生（通过“场”发生相互作用），所以可用类比的方法进行理解和应用。（第二课时）（三）库仑定律的应用【例1】两个点电荷q1=1C、q2=1C相距r=1m，且静止于真空中，求它们间的相互作用力。解：这时F在数值上与k相等，这就是k的物理意义：k在数值上等于两个1C的点电荷在真空中相距1m时的相互作用力。【例2】真空中有A、B两个点电荷，相距10cm，B的带电量是A的5倍。如果A电荷受到的静电力是104N，那么B电荷受到的静电力应是下列答案中的哪一个？A5104N B0.2104NC104N D0.1104N 解：根据牛三定律，应选C。【例3】 两个完全相同的均匀带电小球，分别带电量q1=2C正电荷，q2=4C负电荷，在真空中相距为r且静止，相互作用的静电力为F。（1）今将q1、q2、r都加倍，相互作用力如何变？（2）只改变两电荷电性，相互作用力如何变？（3）只将r 增大4倍，相互作用力如何变？（4）将两个小球接触一下后，仍放回原处，相互作用力如何变？（5）接上题，为使接触后，静电力大小不变应如何放置两球？答 （1）作用力不变。（2）作用力不变。（3）作用力变为 ，方向不变。（4）作用力大小变为，方向由原来的吸引变为推斥（接触后电量先中和，后多余电量等分）。（5）将带电体间距距离变为 。 （第三课时）三个自由的点电荷只受库伦力的平衡条件. 【例4】a、b两个点电荷，相距40cm ，电荷量分别为q1和q2 ，且q1=9q2 ，都是正电荷。现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态。试问：点电荷c的性质是什么？电荷量有多大？它放在什么地方？ 解： 点电荷c应为负电荷，否则三个正电荷相互排斥，永远不可能平衡。 由于每一个点电荷都受另外两个电荷的作用，三个点电荷只有处在同一直线上，且c在a、b之间才有可能平衡。 设c与a相距x，则c、b相距（0.4-x），如果点电荷c的电荷量为q3，根据二力平衡可列方程： 对a平衡有 对b平衡有 对c平衡有 （显然，上述三个方程实际上只有两个是独立的）