《库仑定律》教学设计

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1、0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1 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

2、 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

3、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

4、 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

5、间2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

6、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

7、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

8、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

9、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3（ 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（

10、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

11、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

12、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 ，

13、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 ，42rcxN2cmNx与 它 们 的 距 离 的 二 次 方 成 反 比

14、 ， 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/C2.12qFkrk 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N90.单 位c 适 用 范 围 ： 真 空 中 静 止 的 点 电 荷 随 堂 练 习 2、 根 据 库

15、仑 定 律 公 式 推 导 出 静 电 力 常 量 k 的 单 位 。答 ： 设 k 的 单 位 为 x12qFr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 （ ）A 5F/6

16、4 B. F/8 C. 5F/16 D 5F/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 1 6010-19C。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 ：5c61023q。连 线 的 垂 直 平 分 线 向 外与合 力 的 方 向 沿 合 力 是根 据 平 行 四 边 形 定 则 ，都 相 同 ， 所 以 相 互 距 离两 个 力 的 作 用