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第二節(jié) 2019-2020年新課標粵教版3-1 選修三1.2《探究靜電力》 WORD教案2 【教學(xué)目標】 1、知識與技能： ①、了解庫侖定律的建立過程和相關(guān)的物理學(xué)史。 ②、知道點電荷的物理意義。 ③、理解真空中的庫侖定律以及適用條件。 ④、知道靜電力常量k的物理意義、數(shù)值和單位。 ⑤、會用庫侖定律解決涉及點電荷靜電力計算的簡單問題。 2、過程與方法 ①、提出問題——猜想與假設(shè)——實驗驗證——得出結(jié)論——反思評價 ②、控制變量的科學(xué)研究方法，理想化模型、放大、轉(zhuǎn)化、類比、以及對稱、守恒的思想方法。 3、情感態(tài)度與價值觀 利用庫侖定律建立的過程以及相關(guān)的物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。 【重 點】 庫侖定律的建立過程 對庫侖定律的理解和應(yīng)用。 【難 點】 探究庫侖定律的定性演示和庫侖扭秤實驗的驗證過程。 【教學(xué)準備】 多媒體課件、靜電力演示器材、有關(guān)庫侖定律建立的歷史背景資料 創(chuàng)設(shè)情景 提出問題 猜想假設(shè) 定性探究 庫侖扭秤實驗 得出結(jié)論 應(yīng)用分析 反思評價 【教學(xué)流程】 【教學(xué)過程設(shè)計】 （一）、創(chuàng)設(shè)情景，提出問題 我們已經(jīng)學(xué)習了電荷、靜電感應(yīng)、電荷守恒的初步知識，現(xiàn)在再來看一個演示實驗。 演示實驗：用毛皮摩擦過的橡膠棒使驗電器張開。 設(shè)問一：這個想象說明什么？驗電器的工作原理是什么？ 學(xué)生：電荷之間存在相互作用，同種電荷相斥、異種電荷相吸。 動畫演示：電荷間的相互作用。 設(shè)問二：那么帶電體相互吸引和排斥的力有多大？猜想一下帶電體間的作用力與哪些因素有關(guān)呢？ （二）、猜想假設(shè)，設(shè)計方案，定性探究 學(xué)生猜想：電荷量、距離、形狀、體積、質(zhì)量等。 設(shè)問：到底是怎樣的關(guān)系呢？如何驗證你的想法？ 交流對話：指導(dǎo)學(xué)生得出驗證實驗的設(shè)計思想——控制變量法，研究作用力跟某一因素的關(guān)系時，要先控制其它因素不變。這是實驗設(shè)計的精髓。 動畫演示一：電量不變，改變帶電體間距離，觀察小球懸線偏離豎直方向的夾角α隨距離的變化情況。 實驗分析與思考：偏角大小與電荷間作用力大小有何關(guān)系？ 分析得出，即α越大，F(xiàn)就越大。F隨間距r的增大而減小。 動畫演示二：保持距離不變，觀察偏角α隨電荷量變化的情況。 學(xué)生活動，歸納得出：①兩電荷間的作用力隨距離增大而減??； ②兩電荷間的作用力隨電量的增大而增大。 （三）、庫侖的猜想和庫侖扭秤實驗 設(shè)問：以上研究的還只是定性的關(guān)系，兩電荷的相互作用力與電荷量Q、間距r到底有怎樣的定量關(guān)系呢？請你猜測一下。 學(xué)生討論、猜想：最好是最簡單的正比和反比關(guān)系。 啟發(fā)與設(shè)問： 18世紀法國物理學(xué)家?guī)靵鲆惭芯苛诉@個問題，他的猜想是 你知道他為什么會這樣猜想的？請根據(jù)相關(guān)資料說明你的觀點。 設(shè)問：是否只有庫侖首先有這種猜想？ 學(xué)生：其實這一點在他以前已有科學(xué)家猜到了，比如愛皮努斯、伯努利、普利斯利、卡文迪許等，庫侖的重要貢獻在于，用他制作的十分精細靈敏的扭秤裝置驗證了這個猜想。 庫侖扭秤實驗的驗證過程：（投影與解說） 1、結(jié)構(gòu)簡介。 2、如何解決力的準確測量？ ①操作方法，力矩平衡：靜電力力矩＝金屬細絲扭轉(zhuǎn)力矩， ②思想方法：放大、轉(zhuǎn)化 3、F與r關(guān)系的驗證。 ①設(shè)計思想：控制變量法——控制Q不變 ②結(jié)果：庫侖精確地用他的扭稱實驗測量了兩個帶電小球在不同距離下的靜電力，證實了自己的猜測。若用平方反比關(guān)系表示，指數(shù)偏差可達0.04，即 ，基本上驗證了F與r之間的平方反比關(guān)系。 庫侖的實驗又帶有直觀性和定量性質(zhì)，發(fā)表之后就廣泛流傳并為科學(xué)界所接受，稱之為庫侖定律。 ③后續(xù)研究：鑒于庫侖總結(jié)出二次方反比定律所依據(jù)的實驗精確度不高，而庫侖定律是電磁學(xué)的基本定律，是否精確地滿足二次方反比關(guān)系，又至關(guān)重要，所以從1785年庫侖定律發(fā)表以后直到現(xiàn)代，科學(xué)家一直設(shè)法檢驗距離r的方次與“2”之間究竟有多大偏差，1971年的實驗表明，這個偏差如果有，也不會大于310-16，可見，庫侖定律是一個經(jīng)過實驗檢驗的精確度極高的物理定律。 4、如何解決電量測量問題？ 設(shè)問：該實驗的精髓在于控制，庫侖先控制電量不變，研究了F與r的關(guān)系；再控制r不變，要研究F與電量Q的關(guān)系，又遇到了困難，因為在當時電量單位還未確定還無法測量電量，那么庫侖又該如何定量的比較一個帶電體所帶的電量呢？ 原來庫侖已認識到，兩個完全相同的金屬小球，一個帶電、一個不帶電，兩者相互接觸后電量被兩球等分，各自帶有原有總電量的一半。這樣庫侖就巧妙地解決了這個問題，用這個方法依次得到了原來電量的等的電荷，從而順利的驗證得出 思想方法：守恒、對稱。 （四）、理解庫侖定律 投影庫侖扭秤實驗得到的結(jié)論：庫侖定律 在真空中兩個點電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比 , 跟它們間距離的平方成反比 , 作用力的方向在它們的連線上。 公式： 學(xué)生活動，閱讀教材，教師點撥歸納： 1、Q1、Q2是電荷量的絕對值；庫侖力的方向：沿連線，同性相斥，異性相吸。 2、庫侖力同樣具有力的共性，比如遵守牛頓第三定律。 3、k為靜電力常量，后來測得 4、適用條件：真空，點電荷 ①點電荷同質(zhì)點一樣也是一個理想化模型——帶電的幾何點。 ②若帶電體間的距離比它們自身的尺寸大得多，以至帶電體的形狀和大小對庫侖力的影響可以忽略不計，這樣帶電體就可以看作點電荷。 ③對于任一帶電體可以看作由許多點電荷組成，所以若知道帶電體的電荷分布，根據(jù)庫侖定律和力的合成法則可以求出帶電體間的靜電力的大小和方向。 注：在中學(xué)物理的實際應(yīng)用中，常要把實際帶電體等效為點電荷，如把均勻帶電小球等效為位于球心的點電荷。 （五）、鞏固與應(yīng)用分析 例1、兩個點電荷的帶電量，相距，且靜止于真空中，求它們之間的相互作用力。 學(xué)生活動： 教師說明：這時F與k在數(shù)值上相等，這就是k的物理意義，即k在數(shù)值上等于兩個帶電荷量為1庫的點電荷，在真空中相距1米時的相互作用力。 例2、（見課本例題：試比較電子和質(zhì)子間的靜電力和萬有引力）。教師說明：正因為例題告訴我們的原因，在研究微觀帶電粒子相互作用時，經(jīng)?？梢院雎匀f有引力。但對宇宙天體萬有引力卻是決定性的，決定了它的運動與演化規(guī)律。 例3、兩個相同的均勻帶電小球，分別帶有Q1=1C，Q2=－2C的電荷，在真空中相距r時，相互作用力為F。 ①今將Q1、Q2、r都加倍，作用力多大？ ②只改變兩電荷的電性，作用力如何變化？ ③只將r增大2倍，作用力如何變？ ④將兩個小球接觸一下，仍放回原處，作用力如何變化？ ⑤為使兩小球接觸后，靜電力的大小不變，兩球應(yīng)如何放置？ 學(xué)生活動，要求分析并迅速得出：作用力不變；不變；作用力大小變?yōu)镕/9，方向不變；大小變?yōu)镕/8，方向由原來的相吸變?yōu)橄喑?；距離變?yōu)榧纯伞? （六）、反思評價 知識小結(jié)：（略） 我國早在東漢時期就已經(jīng)掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律。 兩千年后，法國物理學(xué)家?guī)靵鼋柚谂こ訉嶒灦康难芯亢万炞C了電荷間相互作用的規(guī)律，得出了庫侖定律。 從庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程，我們可以看出，類比推理在科學(xué)研究中所起的作用是多么的巨大。如果不是先有萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，單靠實驗數(shù)據(jù)的積累，不知何年才能得到嚴格的庫侖定律表達式。 庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次方反比規(guī)律，人們至今還不能說明這兩個定律為什么如此相似。它們有沒有內(nèi)在的聯(lián)系，會不會是某一種力的不同的表現(xiàn)形式呢？物理學(xué)家還在致力于這方面的研究。 （七）、作業(yè)