2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.2《靜電力 庫(kù)倫定律》 WORD教案1.doc
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第二節(jié) 2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.2《靜電力 庫(kù)倫定律》 WORD教案1 【教學(xué)目的】 (1)知道點(diǎn)電荷,體會(huì)科學(xué)研究中的理想模型方法。 (2)了解兩種電荷間的作用規(guī)律,掌握庫(kù)侖定律的內(nèi)容及其應(yīng)用。 【教學(xué)重點(diǎn)】 掌握真空中點(diǎn)電荷間作用力大小的計(jì)算及方向的判定——庫(kù)侖定律 【教學(xué)難點(diǎn)】 真空中點(diǎn)電荷間作用力為一對(duì)相互作用力,遵從牛頓第三定律 【教學(xué)媒體】 1、 演示實(shí)驗(yàn):有機(jī)玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒、鋁箔包好的草球、表面光滑潔凈的絕緣導(dǎo)體、絕緣性好的絲線、絕緣性好的支架、鐵架臺(tái)。 2、 課件:庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)?zāi)M動(dòng)畫。 【教學(xué)安排】 【新課導(dǎo)入】 從上節(jié)課我們學(xué)習(xí)到同種電荷相吸引,異種電荷相排斥,這種靜電荷之間的相互作用叫做靜電力。力有大小、方向和作用點(diǎn)三要素,我們今天就來(lái)具體學(xué)習(xí)一下靜電力的特點(diǎn)。 【新課內(nèi)容】 1. 靜電力的三要素的探究/點(diǎn)電荷模型 (1) 靜電力的作用點(diǎn)——作用在電荷上,如果電荷相對(duì)于物體不能自由移動(dòng),則所有電荷受力的合力就是帶電體的受力(可視為作用在物體的電荷中心上,怎么找電荷的中心呢?——如果形狀規(guī)則的物體所帶電荷又是均勻分布的話,電荷中心可看作在物體的幾何中心上。如:右圖1為一均勻帶電的環(huán)性物體,其電荷可看集中在圓心處) 圖1 (2) 靜電力的方向——沿著兩電荷的連線。 (3) 靜電力的大?。姾葾對(duì)B與B對(duì)A的力等大反向,與所帶電荷多少無(wú)關(guān)) i. 猜想:可能與哪些因素有關(guān),說(shuō)出猜測(cè)的理由?(與電荷所帶電量有關(guān),電量越大,力越大,理由——放電導(dǎo)致電量減小后,驗(yàn)電器的金箔張角減小說(shuō)明斥力減??;也與電荷間的距離有關(guān),帶電物體靠近時(shí)才能吸引輕小物體,離的遠(yuǎn)時(shí)吸不起來(lái)) ii. 定性實(shí)驗(yàn): 如圖2,先把表面光滑潔凈的絕緣導(dǎo)體放在A處,然后把鋁箔包好的草球系在絲線下,分別用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒給導(dǎo)體和草球帶上正電,把草球先后掛在P1、P2、P3的位置,帶電小球受到A 的作用力的大小可以通過(guò)絲線對(duì)豎直方向的偏角大小顯示出來(lái)。觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3 各點(diǎn)受到的A的作用力依次減小;再增大絲線下端帶電小球的電量,觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在同一位置小球受到的A的作用力增大了。 教師總結(jié):該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電荷之間的相互作用力大小與電量的大小、電荷間距離的大小有關(guān),電量越大,距離越近,作用力就越大;反之電量越小,距離越遠(yuǎn),作用力就越小。作用力的方向,可用同種電荷相斥,異種電荷相吸的規(guī)律確定。教師補(bǔ)充說(shuō)明,考慮到帶電體的受力是所帶電荷受力的合力的問(wèn)題,這個(gè)靜電力大小其實(shí)還會(huì)與物體的體積、形狀、電荷分布有關(guān)。因此,我們今天只研究一個(gè)簡(jiǎn)化的模型——點(diǎn)電荷。(回顧:質(zhì)點(diǎn)的概念,當(dāng)物體的形狀與兩物體間的距離相比可以忽略的時(shí)候,可以忽略物體的形狀和大小,將物體看做質(zhì)點(diǎn)。) 板書:1、當(dāng)帶電體的尺寸與它們之間的距離相比可以忽略的時(shí)候,可以將帶電體看作點(diǎn)電荷。 什么是點(diǎn)電荷?簡(jiǎn)而言之,帶電的質(zhì)點(diǎn)就是點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷的電量、位置可以準(zhǔn)確地確定下來(lái)。正像質(zhì)點(diǎn)是理想的模型一樣,點(diǎn)電荷也是理想化模型。真正的點(diǎn)電荷是不存在的,但是,如果帶電體間的距離比它們的大小大得多,以致帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí),這樣的帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個(gè)處于該球球心,帶電量與該球相同的點(diǎn)電荷。 iii. 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找關(guān)系式?(方法——控制變量) 先要保持帶電物體的電荷大小不變,改變其距離,探究靜電力與距離的關(guān)系,然后再保持兩物體間距不變,改變電量,探究靜電力與電量大小的關(guān)系。 問(wèn)題1——如何測(cè)量靜電力的大小?(可參考前面定性實(shí)驗(yàn)的方法,將帶電體用細(xì)絲線吊起來(lái),就可從偏角的大小和重力的大小計(jì)算出電場(chǎng)力的大小。) 問(wèn)題2——如何改變電量?(可反復(fù)用與A完全相同的不帶電金屬球來(lái)接觸A,使A的電量不斷減為原來(lái)的1/2,1/4……。 iv. 庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn):(參考人教社的課本內(nèi)容) 我國(guó)東漢時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了電荷,并已定性掌握了電荷間的相互作用的規(guī)律。而進(jìn)一步將電荷間作用的規(guī)律具體化、數(shù)量化的工作,則是兩千年之后的法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵觯镁_實(shí)驗(yàn)研究了靜止的點(diǎn)電荷間的相互作用力。于1785年發(fā)現(xiàn)了后來(lái)用他的名字命名的庫(kù)侖定律。 試參照卡文笛許扭秤,說(shuō)出庫(kù)侖扭秤的實(shí)驗(yàn)原理。 2. 庫(kù)侖定律 (1) 庫(kù)侖定律的內(nèi)容和意義: 庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是:在真空中兩個(gè)電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比,跟它們間的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上,這就是庫(kù)侖定律。若兩個(gè)點(diǎn)電荷q1,q2靜止于真空中,距離為r,如圖3所示,則q1受到q2的作用力F12為 板書:2、庫(kù)侖定律 (1)真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷的庫(kù)侖力(靜電力) q2受到q1 的作用力F21與F12互為作用力與反作用力,它們大小相等,方向相反,統(tǒng)稱靜電力,又叫庫(kù)侖力。 若點(diǎn)電荷不是靜止的,而是存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),那么它們之間的作用力除了仍存在靜電力之外,還存在相互作用的磁場(chǎng)力。關(guān)于磁場(chǎng)力的知識(shí),今后將會(huì)學(xué)到。 (2) 庫(kù)侖定律適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力。 板書:(2)庫(kù)侖定律的適用條件:真空中,兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用。 當(dāng)帶電體大小和它們之間的距離相比可以忽略時(shí),可理解為帶電體只為一點(diǎn),電荷集中于該點(diǎn),,r即為兩個(gè)帶電體之間距離。這時(shí)可用庫(kù)侖定率。當(dāng)帶電體是均勻帶電的球體時(shí)也可使用庫(kù)侖定律,r可視為球心連線距離。不均勻就不能使用。 當(dāng)帶電體大小與它們距離相比不可忽略時(shí),電荷不能視為集中一點(diǎn),r不能確定,不適用庫(kù)侖定律。這時(shí)要求兩帶電體間的相互作用,就要用到力的合成的辦法。 例1:手冊(cè)P9/3:半徑為R的兩個(gè)較大金屬球放在絕緣桌面上,若兩球都帶等量同種電荷Q時(shí)相互之間的靜電力為F1,兩球帶等量異種電荷Q和-Q時(shí)相互作用的靜電力為F2,則比較F1和F2的大小為:F1 ∠ F2。 (3) 式中的K是非常重要的物理常數(shù),叫做靜電力恒量,數(shù)值為 板書:(3), 這個(gè)大小是用實(shí)驗(yàn)方法確定的。其單位是由公式中的F、Q、r的單位確定的,使用庫(kù)侖定律計(jì)算時(shí),各物理量的單位必須是:F:N、Q:C、r:m。如果兩個(gè)1C的點(diǎn)電荷在真空中相距1m時(shí)產(chǎn)生的庫(kù)侖力是(大約一百萬(wàn)噸的物體的重)。(可見(jiàn),一方面庫(kù)侖是很大的單位,梳子和頭發(fā)摩擦的帶電量只有不到10-6C,但云層閃電前的電量可達(dá)幾百庫(kù)侖,另一方面也說(shuō)明靜電力比引力強(qiáng)大的多。) (4) 公式計(jì)算時(shí)不要代入電量的符號(hào),因?yàn)橛?jì)算出的正負(fù)只能代表靜電力是吸引還是排斥,而不能揭示力的真正方向。而且公式, F是Q1對(duì)Q2的作用力,也是Q2對(duì)Q1的作用力的大小,是一對(duì)作用力和反作用力,即大小相等方向相反。不能理解為Q1Q2,受的力也不等。 例2:已知點(diǎn)電荷A電量是B點(diǎn)電荷的2倍,則A對(duì)B作用力大小跟B對(duì)A作用力的比值為( C ) A.2:1 B.1:2 C.1:1 D.不一定 例3:兩個(gè)質(zhì)量都是m的小球,都用細(xì)線拴在同一點(diǎn),兩細(xì)線長(zhǎng)度相等,兩球都帶上正電荷,但甲球電量比乙球多,平衡時(shí)兩細(xì)線分別與豎直方向夾角為θ1和θ2,則二者相比,θ1_____θ2。(答:=) (5) 庫(kù)侖力也稱為靜電力,它具有力的共性。它與高一時(shí)學(xué)過(guò)的重力,彈力,摩擦力是并列的。它具有力的一切性質(zhì),它是矢量,合成分解時(shí)遵從平行四邊形法則,與其它的力平衡,使物體發(fā)生形變,產(chǎn)生加速度。 3. 庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較: 庫(kù)侖定律是電磁學(xué)的基本定律之一。它的建立既是實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),也是理論研究的成果。特別是力學(xué)中引力理論的發(fā)展,為靜電學(xué)和靜磁學(xué)提供了理論武器,使電磁學(xué)少走了許多彎路,直接形成了嚴(yán)密的定量規(guī)律。但是如果不是先有萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn),單靠實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)的積累,不知要到何年才能得到嚴(yán)格的庫(kù)侖定律的表達(dá)式。實(shí)際上,整個(gè)靜電學(xué)的發(fā)展,都是在借鑒和利用引力理論的已有成果的基礎(chǔ)上取得的。 我們將從下表中來(lái)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)這兩大定律的關(guān)系,增強(qiáng)我們對(duì)這兩大定律的認(rèn)識(shí)與記憶,以便我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)當(dāng)中更好的運(yùn)用。 萬(wàn)有引力 庫(kù)侖力 公式 F=Gm1m2/r2 F=Kq1q2/r2 產(chǎn)生原因 只要有質(zhì)量就有引力,因此稱為萬(wàn)有引力 存在于電荷間,不光有吸引也可能有排斥 相互作用 吸引力與它們質(zhì)量積成正比 庫(kù)侖力與它們的電量積成正比 相似 遵從牛頓第三定律 與距離的關(guān)系為平方反比 4. 庫(kù)侖定律的應(yīng)用 例4:兩個(gè)完全相同的均勻帶電小球,分別帶電量q1=2C正電荷,q2=4C負(fù)電荷,在真空中相距為r且靜止,相互作用的靜電力為F。 (1)今將q1、q2、r都加倍,相互作用力如何變?(作用力不變) (2)只改變兩電荷電性,相互作用力如何變?(作用力不變) (3)只將r 增大4倍,相互作用力如何變?(作用力變?yōu)?F/25,方向不變。) (4)將兩個(gè)小球接觸一下后,仍放回原處,相互作用力如何變?(接觸后電量先中和,后多余電量等分,作用力大小變?yōu)?F/8,方向由原來(lái)的吸引變?yōu)橥瞥猓? (5)接上題,為使接觸后,靜電力大小不變應(yīng)如何放置兩球?(將帶電體間距離變?yōu)椋? 例5:如圖所示,把質(zhì)量為0.2克的帶電小球A用絲線吊起,若將帶電量為410-8C的小球B靠近它,當(dāng)兩小球在同一高度時(shí)且相距3cm,絲線與豎直方向夾角為45,此時(shí)小球B受到庫(kù)侖力F=___________。小球A帶的電量qA=____________。 解析:根據(jù)題給的條件,可知小球A處于平衡狀態(tài),分析小球A受力情況如下圖所示。小球重力mg。絲線拉力T和小球B對(duì)小球A的靜電力F的合力為零。(物體的平衡條件是關(guān)鍵) 題中小球A,B都視為點(diǎn)電荷,它們之間相互吸引,其作用力大小 ∴ => 小球B受到庫(kù)侖力與小球A受到庫(kù)侖力為作用力和反作用力,所以小球B受到的庫(kù)侖力大小為210-3N。小球A與小球B相互吸引,B帶正電,小球A帶負(fù)電,所以qA=-0.510-8C(負(fù)號(hào)不可缺少) 例6:兩個(gè)正電荷q1與q2電量都是3C,靜止于真空中,相距r=2m。 (1)在它們的連線AB的中點(diǎn)O放入正電荷Q,求Q受的靜電力。 (2)在O點(diǎn)放入負(fù)電荷 Q,求Q受的靜電力。((1)(2)題電荷Q受力為零。) (3)在連線上A點(diǎn)的左側(cè) C點(diǎn)放上負(fù)點(diǎn)電荷q3,q3=1C且AC=1m,求q3所受靜電力。 解 當(dāng)一個(gè)點(diǎn)電荷受到幾個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力作用時(shí),可用力的獨(dú)立性原理求解,即用庫(kù)侖定律計(jì)算每一個(gè)電荷的作用力,就像其他電荷不存在一樣,再求各力的矢量和。 (3)q3受引力F31與引力F32,方向均向右,合力為: 例7:如圖所示,等邊三角形ABC,邊長(zhǎng)為L(zhǎng),在頂點(diǎn)A、B處有等量異性點(diǎn)電荷QA,QB,,QA=+Q,QB=-Q,求在頂點(diǎn)C處的點(diǎn)電荷QC所受的靜電力。 解析:分析QC受幾個(gè)力,確定各力大小和方向。 因QB的存在QA對(duì)QC的作用力,還遵守庫(kù)侖定律嗎? QC題目中沒(méi)有交待電性,解答時(shí)就需考慮兩種情況,即QC為正電,QC為負(fù)電。 當(dāng)QC為正電時(shí),受力情況如中圖所示,QA、QB對(duì)QC的作用力大小和方向都不因其它電荷的存在而改變,仍然遵守庫(kù)侖定律的規(guī)律。 QA對(duì)QC作用力:,同性電荷相斥。QB對(duì)QC作用力:,異性電荷相吸。 ∵QA=QB=Q ∴FA=FB 根據(jù)平行四邊形法則,QC受的力F1即為FA、FB的合力,根據(jù)幾何知識(shí)可知,QC受力的大小,F(xiàn)1=FA=FB=,方向?yàn)槠叫蠥B連線向右。 當(dāng)QC為負(fù)電時(shí),如圖3所示。方向平行AB連線向左。 從本題解答可知:(1)靜電力合成分解時(shí)遵守平行四邊形法則。(2)題中不交待電性時(shí),需根據(jù)題給的條件判斷其電性,若不能判斷電性,應(yīng)按兩種情況處理。(3)求靜電力時(shí)要計(jì)算其大小還要回答力的方向。 例8:相距為L(zhǎng)的點(diǎn)電荷A、B的帶電量分為+4Q和-Q,要引進(jìn)第三個(gè)點(diǎn)電荷C,使三個(gè)點(diǎn)電荷在庫(kù)侖力作用下都能處于平衡狀態(tài),試求C電荷的電量和放置的位置? 解析:如圖所示,首先分析點(diǎn)電荷C可能放置的位置,三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡,彼此之間作用力必須在一條直線上,C只能在AB決定的直線上,不能在直線之外。而可能的區(qū)域有3個(gè),一是AB間,A與B帶異性電荷互相吸引,C電荷必須與A、B均產(chǎn)生推斥力,這不可能。二是在BA連線的延長(zhǎng)線上,此時(shí)C離A近,A帶電荷又多,不能同時(shí)使A、B處于平衡。三是AB延長(zhǎng)線,放B的右側(cè)能滿足A、B同時(shí)處于平衡,C同時(shí)也平衡。 設(shè):點(diǎn)電荷C置于B的右側(cè)且距離B為x,帶電荷為q,則 (A處于平衡) (B處于平衡) 解方程:q=4Q,x=L 本題的解答過(guò)程,要求學(xué)生能熟練使用庫(kù)侖定律,物體的平衡條件。同時(shí)要求學(xué)生有比較強(qiáng)的分析問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力。 【課堂練習(xí)】 庫(kù)侖定律的應(yīng)用 【課后作業(yè)】 1、 第一課時(shí):完成點(diǎn)電荷概念、庫(kù)侖定律的教學(xué),熟悉公式,初步應(yīng)用定律結(jié)合平衡條件解題 課本P14-12、3、,教材全練P3-4 2、 第二課時(shí):鞏固庫(kù)侖定律,會(huì)用疊加解靜電力的合成,進(jìn)一步應(yīng)用力學(xué)知識(shí)與定律綜合解題 課本P14 4、5,教材全練P5-6 【課后反思】- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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