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2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.2《靜電力 庫倫定律》 WORD教案3 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能 (1)知道摩擦起電和感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開； (2)知道電荷守恒定律； (3)知道什么是元電荷； (4)掌握庫侖定律，要求知道點(diǎn)電荷的概念。理解庫侖定律的含義及其公式表達(dá)，知道靜電力常量； (5)會(huì)用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。 2、過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察和分析的能力。 3、情感態(tài)度與價(jià)值觀 使學(xué)生學(xué)到抓住主要因素，忽略次要因素是物理學(xué)中研究問題的常用的科學(xué)方法。 【教學(xué)重點(diǎn)】 庫侖定律──真空中點(diǎn)電荷間作用力的大小的計(jì)算及方向的判定。 【教學(xué)難點(diǎn)】 (1)物體帶電的實(shí)質(zhì)，電荷守恒； (2)真空中點(diǎn)電荷作用力為一對(duì)相互作用力，遵從牛頓第三定律。 【教學(xué)方法】 實(shí)驗(yàn)法、類比法、講授法。 【教具準(zhǔn)備】 有機(jī)玻璃棒兩根、絲綢一塊、細(xì)絲線一條、枕形導(dǎo)體兩個(gè)、球形導(dǎo)體（均帶絕緣柄）大小各一個(gè)。 【課時(shí)安排】 1課時(shí) 【教學(xué)過程】 一、導(dǎo)入新課 問題：初中學(xué)過自然界有幾種電荷，它們間的相互作用如何？電荷的多少用什么表示？ 自然界只存在兩種電荷，同種電荷互相排斥，異種電荷相互吸引.電荷的多少是用電荷量來表示。 問題：一般情況下物體不帶電，不帶電的物體內(nèi)是否存在電荷？如何使物體帶電？ 不帶電的物體內(nèi)存在電荷，且存在等量正、負(fù)電荷，在物體內(nèi)中和，對(duì)外不顯電性。 用摩擦的方法可以使物體帶電，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負(fù)電。 問題：摩擦起電的實(shí)質(zhì)是什么？ 一個(gè)物體失去一些電子而帶正電，另一個(gè)物體得到這些電子而帶負(fù)電。 過渡語：在復(fù)習(xí)初中內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)一步再來看有沒有別的方法使物體帶電？電荷間相互作用的引力和斥力究竟和什么量有關(guān)，是何關(guān)系？今天這節(jié)課就來學(xué)習(xí)這些問題。 二、新課教學(xué) 1、電荷 電荷守恒 (1)電荷 ①自然界中只存在兩種電荷 自然界中只存在兩種電荷：正電荷，負(fù)電荷。 同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 ②電荷量 電荷的多少，叫做電荷量。 單位：庫侖，簡稱庫，符號(hào)是C。 1C＝1As。 通常正電荷的電荷量用正數(shù)表示，負(fù)電荷的電荷量用負(fù)數(shù)表示。 ③使物體帶電的方法及其實(shí)質(zhì) a．摩擦起電 用摩擦的方法可以使物體帶電。 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負(fù)電。(介紹記憶的方法) 在摩擦起電中，一個(gè)物體失去一些電子而帶正電，另一個(gè)物體得到這些電子而帶負(fù)電。摩擦起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開。 演示：取兩片吹塑紙，將一片放在可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的支座上，用另一片靠近它，讓學(xué)生觀察有什么現(xiàn)象，然后用手摩擦這兩片吹塑紙，再靠近，讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 (不用手摩擦?xí)r它們沒有作用，用手摩擦后它們互相排斥) 演示：將一張薄紙，卷成筒狀，將下端撕開成流蘇狀，用摩擦好的塑料制品去接觸，發(fā)現(xiàn)流蘇開始振動(dòng)，象一只會(huì)跳舞的章魚； (讓學(xué)生討論這些現(xiàn)象，運(yùn)用初中所學(xué)來分析) 摩擦起電的實(shí)質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使自由電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 b．靜電感應(yīng) 問題：是否有其他方法使物體帶電？ C － A ＋ B ＋ 演示：取有絕緣支柱的兩個(gè)不帶電枕形導(dǎo)體A、B，使它們彼此接觸。用絲綢摩擦過的有機(jī)玻璃棒反復(fù)多次接觸球形導(dǎo)體C，使之帶正電。將C移近A，用與有機(jī)玻璃棒摩擦過的絲綢分別靠近A、B。 B ＋ － A 現(xiàn)象：A、B上的金屬箔都張開了。絲綢靠近B，而遠(yuǎn)離A。 結(jié)論：B帶正電，A帶負(fù)電。 問題：如將A、B分開，再移走C，A、B帶電情況如何？ 結(jié)論：A仍帶負(fù)電，B仍帶正電。 演示證明：將A、B分開，用與玻璃棒摩擦過的絲綢檢驗(yàn)，結(jié)論正確。 問題：將A、B接觸，它們是否帶電？這說明什么？ 結(jié)論：不帶電，說明接觸前A、B帶等量異種電荷，接觸后等量異種電荷中和。 演示證明：使A、B接觸，仍用與玻璃棒摩擦過的絲綢檢驗(yàn)，學(xué)生回答正確。 問題：若先把C移走，再將A、B分開呢？ 結(jié)論：A、B不帶電。 演示證明：把C移走，將A、B分開，用與玻璃棒摩擦過的絲綢檢驗(yàn)，學(xué)生回答正確。 問題：為什么？ 結(jié)論：因?yàn)閷移走，A上負(fù)電荷、B上正電荷不受C上電荷的作用，而使A、B所帶電荷重新恢復(fù)原狀，在導(dǎo)體內(nèi)中和而不帶電。 (分析前面結(jié)論，總結(jié)，并投影) 將電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。 利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電。 總結(jié)：不僅摩擦起電可以使物體帶電，靜電感應(yīng)也可使物體帶電。 當(dāng)帶電球C移近不帶電導(dǎo)體A、B時(shí)，導(dǎo)體上自由電子被吸引過來，使導(dǎo)體A、B帶上了等量的異種電荷。 靜電感應(yīng)的實(shí)質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 (2)電荷守恒定律 使物體帶電，不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正、負(fù)電荷分開。 電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變，這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律。 電荷守恒定律是物理學(xué)中重要的基本定律之一。 2、元電荷 (1)元電荷 電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷，電荷量e＝1.6010－19C，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明，所有帶電體的電荷量或者等于電荷量e或者是電荷量e的整數(shù)倍。 電子(或質(zhì)子)的電荷量e，叫做元電荷。 e的這個(gè)數(shù)值最早是美國科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。 (2)比荷 電荷量Q與質(zhì)量m之比，叫電荷的比荷。 電子電荷量e和電子質(zhì)量me之比，叫電子的比荷。它也是一個(gè)常用的物理常量。 ＝1.761011C/kg 3、庫侖定律 ＋ A F P1 P2 P3 問題：電荷間相互作用力跟什么有關(guān)，有何關(guān)系？ 演示：把一個(gè)帶正電的物體放在A處，然后把掛在絲線上的帶正電的小球先后掛在P1、P2、P3等位置，如右圖。 現(xiàn)象：位置不同，偏角不同，且距離越近，偏角越大。 分析：偏角越大，說明小球所受電力越大，即兩球距離越小，電力越大。 演示：將較大帶電球放在同一位置，增大或減小其電荷量。 現(xiàn)象：帶電量越大，偏角越大。 分析：帶電量越大，電力越大。 (1)與電荷間相互作用力有關(guān)的因素 ①兩電荷間距離：距離越近，電荷間相互作用力越大； ②兩電荷電荷量：電荷量越大，電荷間相互作用力越大。 早在我國東漢時(shí)期已經(jīng)掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律，定量討論電荷間相互作用，則是兩千年之后的法國物理學(xué)家?guī)靵觥靵鲎隽舜罅繉?shí)驗(yàn)，于1785年得出了庫侖定律。 (2)點(diǎn)電荷 實(shí)際的帶電體都有一定的大小和形狀，帶電體的大小、形狀及電荷的分布等因素都會(huì)影響電荷間的作用力。在中學(xué)物理中，在一定條件下，可不考慮這些因素的影響，這時(shí)將帶電體看作點(diǎn)電荷。 把帶電體處理為點(diǎn)電荷的條件：當(dāng)帶電體的大小、形狀及電荷的分布對(duì)相互作用力沒有影響或影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將帶電體看作點(diǎn)電荷。 點(diǎn)電荷將實(shí)際的帶電體抽象成一個(gè)帶電的點(diǎn)，是一種理想模型，實(shí)際上是不存在的。在實(shí)際情況中，帶電體能否看作點(diǎn)電荷須具體問題具體分析，不能只從帶電體本身的大小或帶電量的多少來判斷。任一帶電體都可看成是由許多點(diǎn)電荷組成的。 點(diǎn)電荷的概念類似質(zhì)點(diǎn)的概念。 當(dāng)帶電體的線度比起相互作用的距離小很多，不考慮大小和電荷的具體分布時(shí)，帶電體可視為點(diǎn)電荷。 (3)庫侖定律 ①內(nèi)容 真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的電力 ，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟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。 這個(gè)規(guī)律叫做庫侖定律。電荷間這種相互作用的電力，叫做靜電力或庫侖力。 ②公式 如果用Q1和Q2表示兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量，用r表示它們之間的距離，用F表示它們之間的相互作用力，則庫侖定律的公式如下： F＝k 式中的k是個(gè)常量，叫做靜電力常量。F、Q1、Q2，r均取國際單位，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得：k＝9.0109Nm2/C2。(介紹記憶的方法：“二重九”) ③方向 作用力的方向在它們的連線上，再根據(jù)同性相斥，異性相吸進(jìn)一步確定。 ④說明 a．適用條件：真空(干燥的空氣)、點(diǎn)電荷； b．計(jì)算時(shí)Q1、Q2僅取電荷量的絕對(duì)值，方向再判斷。 c．各物理量均取國際制單位。 d．如果點(diǎn)電荷不止兩個(gè)，點(diǎn)電荷受到的電力等于各點(diǎn)電荷獨(dú)立作用時(shí)所受各力的矢量和。 e．在庫侖定律中，當(dāng)r→0時(shí)，兩個(gè)電荷間的作用力F→∞，這是沒有物理意義的。因?yàn)檫@時(shí)的兩個(gè)帶電體已不能看作點(diǎn)電荷，不能直接用庫侖定律來計(jì)算它們之間的相互作用力。 f．庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次平方反比規(guī)律，人們至今還不能說明它們的這種相似性，物理學(xué)家還在繼續(xù)研究，希望大家能學(xué)有所成，以后在這方面的研究有所突破。但兩者是有的。兩物體間的萬有引力總是引力，兩帶電體的庫侖力既有引力，也有斥力。對(duì)于微觀的帶電粒子，它們間的庫侖力要比萬有引力大得多。 例題：試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力。已知電子的質(zhì)量m1=9.110－31kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.6710－27 kg，電子和質(zhì)子的電荷量都是1.6010－19C。 解析：電子和質(zhì)子的靜電力F1和萬有引力F2分別是 F1＝k F2＝G 所以 ＝＝2.31039 從例題中看出，電子和質(zhì)子的靜電引力F1是它們間萬有引力F2的2.31039倍，正因如此，以后在研究帶電微粒間相互作用時(shí)，經(jīng)常忽略萬有引力。 鞏固練習(xí) (1)兩個(gè)相同的均勻帶電小球，分別帶Q1＝1 C，Q2＝－2C，在真空中相距r且靜止，相互作用的靜電力為F. ①今將Q1、Q2、r都加倍，問作用力變化？ ②只改變兩電荷的電性，作用力如何？ ③只將r增大兩倍，作用力如何？ ④將兩個(gè)球接觸一下后，仍放回原處，作用力如何？ ⑤接④題，為使兩球接觸后，靜電力的大小不變，應(yīng)如何放置兩球？ 答：①作用力不變； ②作用力不變； ③作用力變?yōu)镕/9，方向不變； ④靜電力的大小變?yōu)椋较蛴稍瓉淼南辔優(yōu)橄喑猓? ⑤將兩帶電體間的距離變?yōu)椤? (2)兩個(gè)相同的金屬小球，一個(gè)帶電Q1＝4.010－11C，另一個(gè)帶電Q2＝－6.010－11C. ①兩球相距50 cm時(shí)，它們之間的靜電力？ ②把兩球接觸，分開后使它們?nèi)韵嗑?0 cm，它們之間的靜電力？ 解：①兩球相距50 cm時(shí)靜電力大?。? F＝k＝8.610－11N 兩球帶異種電荷而相吸。 ②兩球接觸后，部分電荷被中和，凈電荷為－2.010－11C，因兩球相同，分開后各帶－1.010－11C的電荷量，故它們之間的靜電力大?。? F＇＝k＝3.610－12N 兩球帶同種電荷而相斥。 三、小 結(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： ①使物體帶電方法及實(shí)質(zhì)：摩擦起電和靜電感應(yīng)都不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體上正、負(fù)電荷分開； ②電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，轉(zhuǎn)移中電荷總量不變。 ③庫侖定律： 適用條件：真空(干燥空氣)中，點(diǎn)電荷； 大小：F＝k Q1、Q2帶電荷量的絕對(duì)值. 方向：在兩點(diǎn)電荷的連線上，同種相斥、異種相吸。 【板書設(shè)計(jì)】 電荷 庫侖定律 1、電荷 電荷守恒 (1)電荷 ①自然界中只存在兩種電荷 正電荷，負(fù)電荷。同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。 ②電荷量 電荷的多少，叫做電荷量。 單位：庫侖，簡稱庫，符號(hào)是C。1C＝1As。 ③使物體帶電的方法及其實(shí)質(zhì) a．摩擦起電 用摩擦的方法可以使物體帶電。用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負(fù)電。 摩擦起電的實(shí)質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使自由電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 b．靜電感應(yīng) 將電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。 利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電。 靜電感應(yīng)的實(shí)質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 (2)電荷守恒定律 電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變，這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律。 2、元電荷 (1)元電荷 電子(或質(zhì)子)的電荷量e，叫做元電荷。 (2)比荷 電荷量Q與質(zhì)量m之比，叫電荷的比荷。 3、庫侖定律 (1)與電荷間相互作用力有關(guān)的因素 ①兩電荷間距離：距離越近，電荷間相互作用力越大； ②兩電荷電荷量：電荷量越大，電荷間相互作用力越大。 (2)點(diǎn)電荷 把帶電體處理為點(diǎn)電荷的條件：當(dāng)帶電體的大小、形狀及電荷的分布對(duì)相互作用力沒有影響或影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將帶電體看作點(diǎn)電荷。 當(dāng)帶電體的線度比起相互作用的距離小很多，不考慮大小和電荷的具體分布時(shí)，帶電體可視為點(diǎn)電荷。 (3)庫侖定律 ①內(nèi)容 真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的電力 ，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟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公式 如果用Q1和Q2表示兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量，用r表示它們之間的距離，用F表示它們之間的相互作用力，則庫侖定律的公式如下： F＝k 式中的k是個(gè)常量，叫做靜電力常量。k＝9.0109Nm2/C2。 ③方向 作用力的方向在它們的連線上，再根據(jù)同性相斥，異性相吸進(jìn)一步確定。 ④說明 a．適用條件：真空(干燥的空氣)、點(diǎn)電荷； b．計(jì)算時(shí)Q1、Q2僅取電荷量的絕對(duì)值，方向再判斷。 c．各物理量均取國際制單位。 d．如果點(diǎn)電荷不止兩個(gè)，點(diǎn)電荷受到的電力等于各點(diǎn)電荷獨(dú)立作用時(shí)所受各力的矢量和。 e．在庫侖定律中，當(dāng)r→0時(shí)，兩個(gè)電荷間的作用力F→∞，這是沒有物理意義的。 f．庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次平方反比規(guī)律。 【教材分析】 兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識(shí)，這些在初中都已學(xué)過，本節(jié)重點(diǎn)是講述靜電感應(yīng)現(xiàn)象.做好演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生清楚知道什么是靜電感應(yīng)現(xiàn)象，知道起電的實(shí)質(zhì)，進(jìn)而說明電荷守恒定律。 本節(jié)的庫侖定律是這一章的基本規(guī)律，對(duì)庫侖定律的講述，教材是從學(xué)生已有認(rèn)識(shí)出發(fā)，采用了一個(gè)定性演示實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得出結(jié)論.庫侖定律是學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差概念的基礎(chǔ)，也是本章重點(diǎn)。