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2019-2020年高中物理 1.2庫侖定律素材 新人教版選修3-1 教學(xué)建議 本節(jié)內(nèi)容的核心是庫侖定律,它不僅是電磁學(xué)的基本定律,也是物理學(xué)的基本定律之一。庫侖定律闡明了帶電體相互作用的規(guī)律,為整個(gè)電磁學(xué)奠定了基礎(chǔ)。 教科書在庫侖定律教學(xué)的處理上,首先通過“演示”欄目中“探究影響電荷間相互作用力的因素”的定性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入,在此基礎(chǔ)上,展示庫侖定律建立的歷史背景。一方面凸顯類比的方法在該定律建立過程中所起的重要作用;另一方面,庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn)是建立該定律的重要基礎(chǔ),該實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地證實(shí)了多位科學(xué)家的猜想。所以,本節(jié)的教學(xué)要特別注意實(shí)驗(yàn)教學(xué)。 教科書中的“演示”欄目,雖然介紹的是一個(gè)定性的演示實(shí)驗(yàn),但這個(gè)實(shí)驗(yàn)在本節(jié)課中的地位卻十分重要。因?yàn)樗粌H豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識,而且體現(xiàn)了探究電荷間相互作用力與哪些因素有關(guān)的過程與方法。 在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,需要讓學(xué)生明確的是,該實(shí)驗(yàn)屬于定性研究,據(jù)此還不能得出庫侖定律。教學(xué)中有必要將庫侖定律建立的歷史背景加以介紹,目的是向?qū)W生傳達(dá)一個(gè)信息,即科學(xué)定律的建立僅憑實(shí)驗(yàn)事實(shí)還不夠,還需要推理、需要?jiǎng)?chuàng)新?？茖W(xué)家以廣博的知識和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進(jìn)行的猜想,才是最有創(chuàng)造力的思維活動。 對庫侖定律的教學(xué)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題: (1)知道點(diǎn)電荷的物理意義,以及在具體的物理情境中建立點(diǎn)電荷模型的條件,體驗(yàn)物理理想模型的研究方法,感悟科學(xué)研究中建立物理模型的重要意義。 (2)敘述庫侖定律的內(nèi)容不僅要說明靜電力的大小,而且要說明靜電力的方向。 (3)萬有引力與物體的質(zhì)量有關(guān),靜電力與電荷的電荷量有關(guān);萬有引力只存在引力,而靜電力既有引力也有斥力,說明了自然規(guī)律的多樣性。萬有引力定律與庫侖定律都遵循距離的“平方反比”規(guī)律,又說明了自然規(guī)律的統(tǒng)一性。 參考資料 法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。 1785年,庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了電學(xué)中著名的庫侖定律。同年,他在給法國科學(xué)院的《電力定律》的論文中 詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置、測試經(jīng)過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 庫侖的扭秤是由一根懸掛在細(xì)長線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩只平衡球構(gòu)成的。當(dāng)球上沒有力作用時(shí),棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個(gè)帶電,同時(shí)把另一個(gè)帶同號電荷的小球放在它附近,則會有靜電力作用在這個(gè)球上,球可以移動,使棒繞著懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動,直到懸線的扭力與電的作用力達(dá)到平衡為止。因?yàn)閼揖€很細(xì),很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置,轉(zhuǎn)動的角度與力的大小成正比。庫侖讓可移動球和固定球帶上不同量的電荷,并改變它們之間的距離: 第一次,兩球相距36個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為36度。 第二次,兩球相距18個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為144度。 第三次,兩球相距8.5個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為575.5度。 上述實(shí)驗(yàn)表明,兩個(gè)電荷之間的距離為4∶2∶1時(shí),扭轉(zhuǎn)角為1∶4∶16.由于扭轉(zhuǎn)角的大小與扭力成反比,所以得到:兩電荷間的斥力的大小與距離的二次方成反比。庫侖認(rèn)為第三次的偏差是由漏電所致。 經(jīng)過巧妙的安排,仔細(xì)實(shí)驗(yàn),反復(fù)測量,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,找出誤差產(chǎn)生的原因,進(jìn)行修正,庫侖終于測定了帶等量同號電荷的小球之間的斥力。 但是對于異號電荷之間的引力,用扭秤來測量就遇到了麻煩。因?yàn)榻饘俳z扭轉(zhuǎn)的回復(fù)力矩僅與角度的一次方成比例,這就不能保證扭秤的穩(wěn)定。經(jīng)過反復(fù)的思考,庫侖發(fā)明了電擺。他利用與單擺相類似的方法測定了異號電荷之間的引力也與它們的距離的二次方成反比。 最后,庫侖找出了在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量及它們之間的距離的定量關(guān)系,這就是靜電學(xué)中的庫侖定律,即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比,與兩者距離的二次方成反比。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律,它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段,是電學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。