《庫(kù)侖定律》教案

1、莆田十中吳珍發(fā)【三維目標(biāo)】知識(shí)與技能：1. 知道點(diǎn)電荷的概念，理解并掌握庫(kù)侖定律的含義及其表達(dá)式；2. 會(huì)用庫(kù)侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算， 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用定律解決實(shí)際問(wèn)題能力；3. 知道庫(kù)侖扭稱的原理。過(guò)程與方法：1. 通過(guò)學(xué)習(xí)庫(kù)侖定律得出的過(guò)程， 體驗(yàn)從猜想到驗(yàn)證、 從定性到定量的科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)會(huì)通過(guò)間接手段測(cè)量微小力的方法；2. 通過(guò)探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題并利用有關(guān)物理知識(shí)解決物理問(wèn)題的研究方法。情感、態(tài)度和價(jià)值觀：1. 通過(guò)對(duì)點(diǎn)電荷的研究， 讓學(xué)生感受物理學(xué)研究中建立理想模型的重要意義；2. 通過(guò)靜電力和萬(wàn)有引力的類比， 讓學(xué)生體會(huì)到自然規(guī)律有其統(tǒng)一性和多樣性?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1. 建立庫(kù)侖定律

2、的過(guò)程；2. 庫(kù)侖定律的應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】庫(kù)侖定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程，庫(kù)侖定律的應(yīng)用。【教學(xué)方法】實(shí)驗(yàn)探究法、交流討論法，啟發(fā)引導(dǎo)法【教學(xué)過(guò)程和內(nèi)容】引入新課同學(xué)們，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”，這讓我們對(duì)電荷間作用力的方向有了一定的認(rèn)識(shí)。 我們把電荷間的作用力叫做靜電力， 那么靜電力的大小滿足什么規(guī)律呢？讓我們一起進(jìn)入本章第二節(jié)庫(kù)侖定律的學(xué)習(xí)。庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)活動(dòng)一：思考與猜想同學(xué)們，電荷間的作用力是通過(guò)帶電體間的相互作用來(lái)表現(xiàn)的，因此，我們應(yīng)該研究帶電體間的相互作用?？墒牵钪袔щ婓w的大小和形狀是多種多樣的， 這就給我們尋找靜電力的規(guī)律帶來(lái)了麻煩。早在 300

3、 多年以前， 偉大的牛頓在研究萬(wàn)有引力的同時(shí)， 就曾對(duì) 帶電紙片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究， 可是由于帶電紙片太不規(guī)則， 牛頓對(duì)靜電力的研究并未成功。（ 問(wèn)題1） 大家對(duì)研究對(duì)象的選擇有什么好的建議嗎？在靜電學(xué)的研究中，我們經(jīng)常使用的帶電體是球體。（ 問(wèn)題2） 帶電體間的作用力 （靜電力） 的大小與哪些因素有關(guān)呢？請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)大膽猜想。定性探究電荷間的作用力與影響因素的關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明： 電荷間的作用力F 隨電荷量 q 的增大而增大； 隨距離r 的增大而減小。（提示）我們的研究到這里是否可以結(jié)束了？為什么？這只是定性研究，應(yīng)該進(jìn)一步深入得到更準(zhǔn)確的定量關(guān)系。（問(wèn)題3）靜電力F 與 r ， q 之間

4、可能存在什么樣的定量關(guān)系？你覺(jué)得哪種可能更大？為什么？（引導(dǎo)學(xué)生與萬(wàn)有引力類比）活動(dòng)二 : 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法（問(wèn)題4）研究F 與 r 、 q 的定量關(guān)系應(yīng)該采用什么方法？控制變量法（ 1）保持 q 不變，驗(yàn)證F 與 r2 的反比關(guān)系；（ 2）保持r 不變，驗(yàn)證F 與 q 的正比關(guān)系。實(shí)驗(yàn)可行性討論.困難一： F 的測(cè)量（在這里F 是一個(gè)很小的力，不能用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)量，你有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)F 大小的間接測(cè)量嗎？）困難二 :q 的測(cè)量（我們現(xiàn)在并不知道準(zhǔn)確測(cè)定帶電小球所帶的電量的方法， 要研究 F 與 q 的定量關(guān)系， 你有什么好的想法嗎？）（思維啟發(fā)） 有這樣一個(gè)事實(shí)： 兩個(gè)相同的金屬小

5、球， 一個(gè)帶電、一個(gè)不帶電， 互相接觸后， 它們對(duì)相隔同樣距離的第三個(gè)帶電小球的作用力相等。這說(shuō)明了什么？（說(shuō)明球接觸后等分了電荷）（追問(wèn)）現(xiàn)在，你有什么想法了嗎？實(shí)驗(yàn)具體操作定量驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力， 與它們的電荷量的乘積成正比，與它們距離的二次方成反比。得出庫(kù)侖定律同學(xué)們，我們一起用了大約20 分鐘得到的這個(gè)結(jié)論，其實(shí)在物理學(xué)發(fā)展史上，數(shù)位偉大的科學(xué)家用了近30 年的時(shí)間得到的并以法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵龅拿謥?lái)命名的庫(kù)侖定律。啟示一 : 類比猜想的價(jià)值讀過(guò)牛頓著作的人都可能推想到： 凡是表現(xiàn)這種特性的相互作用都應(yīng)服從平方反比定律。 這似乎用類比推理的方法就可以得到電荷間作用力

6、的規(guī)律。 正是這樣的類比， 讓電磁學(xué)少走了許多彎路，形成了嚴(yán)密的定量規(guī)律。馬克吐溫曾說(shuō)“科學(xué)真是迷人，根據(jù)零星的事實(shí)，增添一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多的收獲! ”?？茖W(xué)家以廣博的知識(shí)和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進(jìn)行的猜想， 才是最具有創(chuàng)造力的思維活動(dòng)。然而， 英國(guó)物理史學(xué)家丹皮爾也說(shuō) “自然如不能被目證那就不能被征服！”啟示二：實(shí)驗(yàn)的精妙1785 年庫(kù)侖在前人工作的基礎(chǔ)上，用自己設(shè)計(jì)的扭稱精確驗(yàn)證得到了庫(kù)侖定律。 （庫(kù)侖扭稱實(shí)驗(yàn)的介紹：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)巧妙。把微小力放大為力矩，將直接測(cè)量轉(zhuǎn)換為間接測(cè)量，從而得到靜電力的作用規(guī)律庫(kù)侖定律。）<講解庫(kù)侖定律>1內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互

7、作用力，與它們的電荷量的乘積成正比， 與它們的距離的二次方成反比， 作用力的方向在它們的連線上。2數(shù)學(xué)表達(dá)式：（說(shuō)明），叫做靜電力常量。3. 適用條件： （ 1 ） 真空中 （ 一般情況下， 在空氣中也近似適用 ） ；（ 2）靜止的；（3）點(diǎn)電荷。（強(qiáng)調(diào)）庫(kù)侖定律的公式與萬(wàn)有引力的公式在形式上盡管很相似，但仍是性質(zhì)不同的兩種力。我們來(lái)看下面的題目：<達(dá)標(biāo)訓(xùn)練>例 1、（公式的簡(jiǎn)單變化）兩個(gè)放在絕緣上的相同金屬球A、 B，相距d,球的半徑比d小得多，分別帶有電荷3q和q, A球受到的庫(kù)侖引力大小為。則（ 1） B 球受到的庫(kù)侖引力為 _。（2）若保持球A、 B 的電荷量不變，電荷間的

8、距離增大為原來(lái)的 2 倍，電荷間的作用力為 。 （ 3）若保持球A、 B 間距離不變，電荷量都增大為原來(lái)的 2 倍，電荷間的作用力為 _。 （ 4）現(xiàn)將這兩個(gè)金屬球接觸，然后仍放回原處，則電荷間的作用力將變?yōu)?_（引力或斥力） , 大小為 。答案：1） F2） F/43） 4F4）斥力 F/3例2（過(guò)渡） 兩個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力我們會(huì)求解了， 可如果存在三個(gè)電荷呢？例3、（多力情況）有兩個(gè)帶正電的小球，電荷量分別為Q和9Q,在真空中相距l(xiāng) 如果引入第三個(gè)小球，恰好使得 3 個(gè)小球只在它們相互的靜電力作用下都處于平衡狀態(tài)， 第三個(gè)小球應(yīng)帶何種電荷，應(yīng)放在何處，電荷量又是多少？（承前啟后）兩個(gè)點(diǎn)電荷之

9、間的作用力不因第三個(gè)點(diǎn)電荷的存在而有所改變。因此，多個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)同一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的作用力的矢量和。解：（ 多個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)同一點(diǎn)電荷作用力的疊加問(wèn)題。一方面鞏固庫(kù)侖定律，另一方面，也為下一節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加做鋪墊。 ）（拓展說(shuō)明） 庫(kù)侖定律是電磁學(xué)的基本定律之一。 雖然給出的是點(diǎn)電荷間的靜電力， 但是任何一個(gè)帶電體都可以看成是由許多點(diǎn)電荷組成的。所以，如果知道了帶電體的電荷分布，就可以根據(jù)庫(kù)侖定律和平行四邊形定則求出帶電體間靜電力的大小和方向了。而這正是庫(kù)侖定律的普遍意義。例 4（與其他力小綜合）兩個(gè)質(zhì)量均為0.20g 的小球 , 帶的電量相同，用長(zhǎng)為30.0cm的細(xì)線

10、掛在同一點(diǎn).靜止時(shí)兩線夾角為26=10° .小球的半徑可忽略不計(jì)，求每個(gè)小球的電荷量.（sin 8弋tan 66）<靜電力與重力的比較>1. 庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn) . 萬(wàn)有引力實(shí)驗(yàn)操作方法：力矩平衡：靜電力力矩=金屬細(xì)絲扭轉(zhuǎn)力矩.思想方法：放大、轉(zhuǎn)化、控制變量法2. 與重力大小的比較萬(wàn)有引力與庫(kù)侖定律有相似的數(shù)學(xué)表達(dá)式， 但是是兩種力， 大小相差很大。試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力已知電子的質(zhì)量m1=9.10X 10-31kg ,質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.67X 10-27kg .電子和質(zhì)子的電荷量都是 1.60 x 10-19C.距離是5.3 x 10-11m（ 通過(guò)定量計(jì)算，讓學(xué)生明確對(duì)于微觀帶電粒子，因?yàn)殪o電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力，所以我們往往忽略萬(wàn)有引力。 ）<本課小結(jié) >一、點(diǎn)電荷1、定義2、理解：理想模型，視情況而定二、庫(kù)侖定律1、探究實(shí)驗(yàn)2、庫(kù)侖定律1）內(nèi)容，2）公式3）理解：對(duì)r的理解，K的理解k=9.0 X109NI- m2/C24）適用范圍：真空（空氣中近似成立）點(diǎn)電荷5）應(yīng)用：例1,2,3,4 （理解庫(kù)侖力，以及庫(kù)