高二物理库伦定律教案_高二物理库仑定律教案
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库仑定律教案
枣庄二中
宋庆华
一、教材分析
库仑定律既是电荷间相互作用的基本规律，又是学习电场强度和电势差概念的基础，也是本章重点，不仅要求学生定性的知道，而且还要求定量的了解和应用。对库仑定律的讲述，教材是从学生已有认识出发，采用了一个定性实验，展示库仑定律的内容和库仑发现这一定律的过程，并强调该定律的条件和意义。
二、学情分析
学生在上一节的学习中掌握了电荷之间存在相互作用力，且同性相斥，异性相吸。掌握了电荷守恒定律，并会简单的运用。在力学的学习中，学会了处理共点力作用下物体的平衡，并会通过偏转角度的变化判断受力的变化，初步掌握了研究多个变量之间关系的常用方法—控制变量法。学生的观察水平不断的提高，能够初步地、独立发现事物的本质及各个主要细节，发现事物的因果关系。具有初步的归纳重点，抓住问题本质的能力。已经初步具备了基本地实验操作和实验观察能力。
三、教学目标
1、知识与技能：
(1)了解定性实验探究与理论探究库伦定律建立的过程。(2)库伦定律的内容及公式及适用条件，掌握库仑定律。
2、过程与方法
(1)通过定性实验,培养学生观察、总结的能力，了解库伦扭秤实验。(2)通过点电荷模型的建立,感悟理想化模型的方法。
3、情感态度与价值观
(1)体验探究自然规律的艰辛与喜悦；培养学生热爱科学的，探究物理的兴趣。
(2)培养学生“发现问题，提出假设，并用实验来验证”的探究物理规律的科学方法与思路。(3)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。
四、教学重点和难点
教学重点：库仑定律及其理解与应用。教学难点：库仑定律的实验探究。
教学难点的突破措施：定性实验探究与定量实验视频及理论探究相结合。
五、教学用具
多媒体课件、起电机、验电器,带绝缘柄的金属小球,毛皮，橡胶棒，气球，易拉罐，用金属薄纸包裹的泡沫小球，铁架台。
六、教学过程
引入新课
演示实验：让气球摩擦起电，将气球靠近易拉罐，会发生什么现象？（易拉罐被气球吸引滚动起来了。）既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小与什么因素有关呢？ 新课教学：
（一）探究电荷间作用力的决定因素 电荷间相互作用力可能与哪些因素有关？(1)你认为实验应采取什么方法？
控制变量法。
(2)你想选取什么形状的带电体？
给出立方体，圆柱体，球形带电体让学生选择。
(3)这种作用力的大小可以通过什么方法直观的显示出来？
学生：比较悬线偏角的大小。(4)你想选取哪些实验器材？
球形导体，两个自制的带细线的用香烟金属纸包裹的泡沫小球，铁架台，感应起电机，橡胶棒，毛皮，(5)实验前先思考：可用什么方法改变带电体的电荷量?(6)实验探究步骤：
引导学生得出实验的具体步骤 细线吊一个小球A（带电），另一个带同种电的小球B，A球受力平衡时，细线偏离竖直方向一个角度θ.①保持距离r一定，研究相互作用力F与距离r的关系.先让塑料球带电，后给球形导体带电并逐渐增加电量，观察偏角； ②保持电量q一定，研究相互作用力F与电荷量Q的关系.将球形导体逐渐靠近减小距离，观察偏角。学生实验、观察记录并得出结论：
先画受力图，如果B对A的力是水平的，则F电=mgtanθ，如果θ越大，则F电越大，这样可以通过θ的变化来判断F电的变化。
定性实验结论：
距离r一定，电量q增加，偏角变大，作用力F电越大：
电量q一定，距离r越小，偏角越大，作用力F电越大。实验条件：保持实验环境的干燥和无流动的空气 播放配套课件
（二）定量实验探究，结合物理学史，得出库仑定律：
提出问题：带电体间的作用力与距离及电荷量有怎样的定量关系呢？
定性实验探究结论：间距增大，作用力减小；电荷量增大，作用力增大。请同学们想一下，我们以前有没有遇到过类似的物理规律呢？ 提示：如果把上面结论中的电荷量换成质量呢？
1、分析问题：万有引力的变化规律与电荷间的作用力变化规律有很大的相似性，这就使我们联想到，既然在变化规律上具有相似性，那么表达公式也应该是类似的,。下面请同学们根据万有引力定律的公式，大胆地猜想一下电荷间作用力的公式。
2、提出猜想（类比）：我们这样猜想的公式是否正确呢？要想验证我们的想法，需要进行实验探究，我们仍然用控制变量法进行探究。
3、定量探究三者的关系：
教师提出库仑在探究三者之间的定量关系时遇到的三大困难：
① 带电体间作用力小，没有足够精密的测量仪器；怎样确定带电体间的作用力的数量
关系？
② 没有电量的单位，无法比较电荷的多少；怎样确定电荷量的数量关系？
③ 带电体上电荷分布不清楚，难测电荷间距离。怎样测定电荷间的距离？
引导学生用类比的方法得出三大困难的对策：
卡文地许扭称实验——库仑扭称实验，对称性——等分电荷法，质点——点电荷
①放大思想：力很小，但力的作用效果（使悬丝扭转）可以比较明显。
②转化思想：力的大小正比于悬丝扭转角，通过测定悬丝扭转角度倍数关系即可得到力的倍数关系。
③均分思想：带电为Q的金属小球与完全相同的不带电金属小球相碰分开，每小球带电Q/2，同理可得Q/
4、Q/
8、Q/16等等电量的倍数关系（电荷在两个相同金属球之间等量分配）。课件演示电荷在相同的两个金属球间的等量分配.④理想化模型思想：把带电金属小球看作点电荷（理想化模型）利用刻度尺间接测量距离。点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看做带电的点，叫点电荷。它是一个理想化模型，实际上点电荷不存在。(与“质点”进行比较)
4、引导学生观看库仑扭秤的实验视频与库仑当时的数据，总结规律。（观看视频）库仑扭称实验，库伦在艰苦的条件下，联想到万有引力定律和卡文地许扭称实验，利用巧妙的库伦扭秤装置和方法，发现了库伦规律。通过刚才的展示过程让学生了解库仑探究的过程、思路、方法。你能用自己的语言总结出规律吗？
学生：电荷间相互作用力与电荷间距离成平方反比关系，与电荷电量乘积成正比。介绍：库仑扭称实验只能定量测出同种电荷间相互作用力，库仑还利用电单摆实验定量测出异种电荷间作用力大小。让学生体会库仑定律的完美。
（三）库仑定律：
1、内容：真空中两个点电荷间的作用力大小与两电荷量的乘积成正比，与电荷间的距离平方成反比；方向在它们的连线上。这个规律叫做库仑定律。电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力。
2、公式：
Q1Q2r23、说明：
①k为静电力常量, k=9.0×109N.m2/C2，其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F、Q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F：N，Q：C，r：m。
②库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。让学生回答实际带电体可以看成点电荷的条件。思考：当r趋向于0时，F趋向于无穷大吗？
③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。Fk④F是Q1与Q2之间的相互作用力，是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大 小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。
⑤库仑力(静电力)是性质力，与重力，弹力，摩擦力是并列的。
任意带电体可以看成是由许多点电荷组成的，所以，知道带电体上的电荷分布，根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的大小和方向。
（四）库仑定律与万有引力定律的比较
例题1：
已知氢核（质子）的质量m2=1.67×10-27 kg，电子的质量m1=9.1×10-31kg，电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C，在氢原子内电子与质子间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢原子中氢核和电子之间的库伦力和万有引力。(课件播放解题过程)小结：
库仑定律在应用时，可以不代入电性符号，直接代入绝对值，最后判定方向；
计算说明万有引力远远小于库仑力，以后在研究微观带电粒子的相互作用力时,通常可以忽略万有引力。
讨论：比较库仑定律和万有引力定律（相似点与不同点）,你会有什么样的感想？如何认识自然规律的多样性与统一性？
（五）静电力的叠加
对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。
例题2：
真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+2×10-6C，求他们各自所受的库仑力。（课件播放解题过程）小结：选择研究对象，画出受力图，由库伦定律和平行四边形定则求解。
七、当堂达标：
1、关于点电荷的说法，正确的是（）A、只有体积很小的带电体，才能作为点电荷 B、体积很大的带电体一定不能看作点电荷 C、点电荷一定是电量很小的电荷
D、体积很大的带电体只要距离满足一定条件也可以看成点电荷
2、库仑定律公式中静电力常数k的大小为_______________．在国际单位制中k的单位是________．
3、库仑定律的适用范围是（）A、真空中两个带电球体间的相互作用 B、真空中任意带电体间的相互作用 C、真空中两个点电荷间的相互作用
D、真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离，则可应用库仑定律
4、两个点电荷相距为r，相互作用力为F，则（）A、电荷量不变，距离加倍时，作用力变为F/4 B、其中一个点电荷的电荷量和两点电荷之间的距离都减半时，作用力不变
C、每个点电荷的电荷量和两个点电荷间的距离都增加相同的倍数时，作用力不变
D、将其中一个点电荷的电荷量取走一部分给另一个点电荷，两者的距离不变，作用力可能不变
5、真空中有两个点电荷A、B．其带电量qA=2qB，当二者相距0.01m时，相互作用力为1.8×10-2N，则其带电量分别为qA=_____，qB=_____．
6、真空中有三个同种的点电荷，它们固定在一条直线上，如图所示，它们的电荷量均为4.0×10－12C，求Q2受到静电力的大小和方向。
八、教学反思：
九、教学的资源：
物理选修3-1 物理课程标准
物理教学参考书
物理优秀教案选
十、参考答案：
1、D
2、在真空中两个1C的点电荷相距1m时的相互作用力．N·m2／C23、CD
4、ACD5、2×108C，1×108C 6、1.110
11N，方向向右。
