电荷及库仑定律的教学设计.doc

电荷、库仑定律教学设计高二年级 学科：物理 主备人：柴新艳备课组长：郑仕潮教学目标：1、知识目标：知道正负电荷及其规定，定性的了解两种电荷之间的作用规律，掌握起电的三种方式及其实质，学会用库仑定律详细计算。2、能力目标：通过对演示实验的观察，总结出规律，培养学生概括总结的能力，理解电荷的物理模型。3、情感目标：渗透物理方法的教育，运用理想化模型的研究方法，突出主要因素、忽略次要因素，抽象出物理模型点电荷。教学重点：1、电荷的产生和一些基本概念；2、库仑定律的内容及应用；教学难点：1、 电荷守恒定律的计算2、 库仑定律的相关计算教学过程：一、 电现象的历史回顾公元前600年左右，希腊人发现了摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。16世纪，英国御医吉尔伯特提出了电荷的概念。18世纪，美国科学家富兰克林提出了正负电荷的概念。二、 电荷守恒定律问题一、初中学过自然界有几种电荷，它们间的相互作用如何？电荷的多少用什么表示？ 问题二、一般情况下物体不带电，不带电的物体内是否存在电荷？如何使物体带电？ 问题三、摩擦起电的实质是什么？ 1、 两种电荷，正电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。负电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷。2、 两种电荷之间的关系同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 3、几个基本概念读课本p4页回答下列问题问题一、电荷的多少如何表示？它的单位是什么？电荷量：电荷的多少，简称电量。单位:库仑 C比较电荷带电的多少,要比较的是其电荷量的绝对值电荷量的正负不表示电荷量的大小,只代表电荷的性质问题二、什么是元电荷？一个电子就是一个元电荷吗？一个电子所带电量为元电荷所有带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍问题三、元电荷的数值是多少？它的数值最早是由哪位物理学家测定的？元电荷的值美国科学家密立根问题四、什么是比荷？电子的比荷是多少？带电体的电荷量与质量的比值叫做比荷例1、关于元电荷的理解，下列说法中正确的是 ( D ) A元电荷就是电子 B元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量 C元电荷就是质子 D物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍 练习1、科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是( ) A.把质子或电子叫元电荷 B.1.6010-19C的电量叫元电荷 C.电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷 D.质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷 练习2、带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的（ ）A. 2.410-19C B. B.-6.410-1 9C C.-1.610-18C D.4.010-17C4、起电的三种方式（1） 摩擦起电：a.物质的微观结构 b.摩擦起电的原因当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。c.起电实质电子的得失，电荷从一个物体转移到另一个物体。d.结果两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷例2、挂在绝缘细线下的两轻质导体球，由于电荷的相互作用靠近或远离，如图所示，则：（ BC ） A 甲图中两球一定带异种电荷； B甲图中至少有一个带电； C乙图中两球一定带同种电荷； D乙图中两球可能只有一个带电。练习3、关于摩擦起电，下列说法中正确的是(C )A两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象B摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷C在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体D在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移（2） 接触起电a. 起电原因不带电的物体与带电体接触，能使不带电的物体带上电，这种方式称为接触起电。b. 起电实质电荷从一个物体转移到另一个物体例3、半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开.若A、B两球带同种电荷,接触后的电荷量之比为:_.若A、B两球带异种电荷,接触后两球的带电荷量之比为:_. 练习4、把两个完全相同的小球接触后分开，两球相互排斥，则两球原来带电情况可能是（ ） A其中一个带电，一个不带电 B两个小球原来带等量异种电荷 C两个小球原来带同种电荷 D两个小球原来带不等量异种电荷 作业1、有三个相同的绝缘金属小球A、B、C，其中小球A带有2.010-5C的正电荷，小球B、C不带电现在让小球C先与球A接触后取走 ，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别是多少？（3） 感应起电: 利用静电感应使物体带电a. 起电机理静电感应当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。b. 起电实质电荷的重新分配，电荷从物体的一部分转移到另一部分c.结果：使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离的一端带同号电荷 例3、如图所示，当带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上的电荷移动情况是：（ ）枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动B、枕形金属导体上的带负电的电子向A端移动，正电荷不移动C、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端移动D、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端移动练习5、如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是 ()A先把两球分开，再移走棒 B先移走棒，再把两球分开C 使棒与甲球瞬时接触，再移走棒 D先使乙球瞬时接地，再移走棒5、起电的本质无论是哪种起电方式,其本质都是电荷的转移，而不是创造电荷.5、电荷守恒定律表述一： 电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变表述二： 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。 课堂练习1、用一根与毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是（）A、a带正电，b带负电 B、a带负电，b带正电 C、a、b均带正电 D、a、b均带负电 作业2、有三个完全一样的绝缘金属球，A球带的电荷量为q，B、C均不带电。现要使B球带的电荷量为3q/8，应该怎么办？ 3、如图所示,A、B是被绝缘支架分别架 起的金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法中正确的是: A.导体B带负电;B.导体B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等;C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则左边的电荷量小于右边的电荷量;D.若A、B接触一下,A、B金属体所带总电荷量保持不变.4、有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2104C的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据()A6.0105C,4.0105C,4.0105CB6.0105C,4.0105C,2.0105CC4.5105C,4.5105C,3.0105CD5.0105C,5.0105C,2.0105C拓展验电器与静电计在作用上的不同验电器的主要作用有：（1）检验导体是否带电。（2）检验导体所带电性。 静电计也称作指针式验电器，这说明它完全具备验电器的各种作用。由于静电计的特殊结构，使得它又具备验电器不能替代的某些作用。（1）定量测量两导体间的电势差。（2）定量测量某导体的电势。练习1一个带正电的验电器如图所示，AB+当一个金属球A靠近验电器上的金属球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则（ ）A金属球A可能不带电B金属球A一定带正电C金属球A可能带负电D金属球A一定带负电 练习2用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近已带电的验电器时，发现它的金属箔片的张角减小，由此可判断（ ）A验电器所带电荷量部分被中和B验电器所带电荷量部分跑掉了C验电器一定带正电D验电器一定带负电三、库仑定律人们对电荷的认识是通过研究并认识电荷间的相互作用而获得的。沿袭牛顿对力的定义，将电荷间的相互作用力成为库仑力或静电力。这个力就是我们这节课要研究的核心问题。（一）、库仑力q1q2静止电荷之间的相互作用，称为静电力或库仑力。（二）、探究影响电荷间相互作用的因素1、猜想：库仑力可能与带电体的电荷量和两者之间的距离有关2、实验验证实验装置（如右图所示）：引导学生从研究目的出发，设计实验装置，使实验装置能实现预期的作用。观察现象：（结合视频演示）改变小球电量和两小球间距离，观察小球偏离竖直方向的夹角大小，对应于两球间静电力的大小。实验结果：电荷之间的作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大而减小（定性）。（三）、库仑定律1、库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上2、表达式3、适用条件A真空中B点电荷（理想模型）（1）.当带电体间距离比它们自身的大小大很多，当带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们间作用力的影响可忽略不计时，可将其看做有电荷量的点（rR）（2）.均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的作用，r是两球心间的距离（3）公式不适用于r0的情况4、注意：（1）k：比例系数，称为静电力常量。国际单位：，静电力常量是一个与带电体周围介质有关的量，真空中（空气中近似相等），物理意义：两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0109N。课堂练习：估算一下，这么大的库仑力相当于多重的物体相距1米时的万有引力？G=6.6710-11Nm2/kg2 （1010kg）（2）使用库仑定律计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，谈后根据同性相斥、异性相吸判断方向ABC（3）库仑力（静电力）具有自己独特的大小和方向，同时它也具有力的一切性质（独立性、合成和分解时遵守平行四边形定则，相互作用力）（四）、库仑扭秤实验实验装置和实验原理如右图所示。当带同种电的C球与A球靠近时，A球受到库仑力的作用带动金属丝扭转。转动上方的旋钮使AB回到原位置，根据两次刻度值差求出AC间的作用力的大小。库仑扭秤测量出了静电力常量的值。（五）、库仑定律与万有引力定律问题：分析库仑扭秤实验中小球在水平面内受力状况问题：两球AC间的万有引力是否影响扭秤扭转？例1：已知氢核的质量是1.6710-27kg，电子的质量是9.110-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.310-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力在一般尺度下，带电体间的库仑力远远大于万有引力，万有引力的影响可以忽略。q1q3q2F1F2F练习1、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+210-6C，求它们各自所受的库仑力例2、两个半径相同的金属小球其球心间距r远远大于球半径R，带电荷量之比为1：7，两者相互接触后再放回原来位置上，则相互作用力可能为原来的（ ）A. 4/7B. 3/7C. 9/7D. 16/7变式1、 两个相同的带电导体小球所带电荷量的比值为13，相距为r时相互作用的库仑力的大小为F，今使两小球接触后再分开放到相距为2r处，则此时库仑力的大小为：A、1/12F B、1/6F C、1/4F D、 1/3F 作业3、大小相同的金属小球，所带电量的值分别为Q1、Q2，且Q1=1/3Q2,把Q1,Q2放在相距较远的两点，它们间的作用力大小为F，若使两球相接触后再分开放回原位置，求它们间作用力的大小练习2、要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法中可行的是：（ ）A、每个点电荷的带电量都增大到原来的2倍，电荷间 的距离不变B、保持点电荷的带电量不变，使两个电荷间的距离增大到原来的2 倍C、使一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的1/2 D、保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷的距离减小到原来的1/2 三、点电荷、带电体的静电平衡在真空中某处同时存在几个点电荷、带电体，由于相互间库仑力的作用而保持平衡状态的现象。处理方法：库仑定律 受力分析题型一、如图所示，用两根同样长的细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点。两球的质量相等，A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量。两球静止时，悬线与竖直线的偏角分别为和，则( ) A、 B、 = C、 baO练习1、两小球用等长的绝缘细线悬挂于同一点O，两小球因带同号电荷而使球b悬线竖直地靠在墙上，a球被推开一定角度而平衡。今令其失去部分电量，结果角变小后又重新平衡，则关于悬线对a球的拉力大小变化情况为（ ）A.一定增大B.一定减小C.一定不变D.无法确定变式2、 如图1所示，用两根绝缘丝线挂着两个质量相同不带电的小球A和B，此时，上、下丝线受的力分别为TA、TB；如果使A带正电， 题型二、AB在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B，A带电荷量为+Q，B带电荷量为-9Q。现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷处于平衡状态。则C应带什么性质的电荷，电荷量为多少？三个点电荷平衡规律:三点共线，两同夹异（同性在两边，异性在中间），两大夹小，近小远大练习2、 A、B两个点电荷，相距为r，A带有9Q的正电荷，B带有4Q的正电荷如果A和B固定，应如何放置第三个点电荷q，才能使此电荷处于平衡状态？如果A和B是自由的，又应如何放置第三个点电荷，使系统处于平衡状态，且求第三个点电荷的电量q的大小及电性.结论：当A、B已固定，只要求C球受力平衡，则C球的位置是唯一确定的，对其电量、电性无要求当A、B未固定，要求三球均平衡，则对C球的位置、电量、电性都有要求作业4：将本题中B的电荷量改为4Q，其余不变F1AB变式1、光滑绝缘水平面上带电小球A、B质量分别为m1=2g，m2=1g，它们的电荷量相等，q1= q2=10-7C。A球带正电，B球带负电。现在水平恒力F1向右作用于A球，这时A、B一起向右运动，且保持距离d=0.1m不变。试问：F1多大？它们如何运动？作业5、如图所示，在光滑绝缘的水平面上沿一直线等距离排列三个小球A、B、C，三球质量均为m，相距均为L，若三球均带电，且qA= + 10q，qB= + q，为保证三球间距不发生变化，将一水平向右的恒力F作用于C球，使三者一起向右匀速运动。求：（1）F的大小；（2）C球的电性和电量。练习2、在竖直放置的半径为R的光滑半圆形绝缘细管的圆心O处放一点电荷。现将质量为m、电荷量为+q的小球从半圆的水平直径端点A静止释放，小球沿细管滑到最低点B时，对管壁恰好无压力，则置于圆心处的点电荷带什么电？电量大小为多少？拓展：如图在正方形的三个顶点处各固定一个点电荷Q1、Q2,电性如图，则在另一个顶点再放一个q电荷，要使q静止，Q1、Q2的大小关系如何？ q的电荷量和电性能不能确定？小结：1、 自然界中的两种电荷2、 3种起电方式接触带电电荷转移摩擦起电电子得失感应起电电荷重新分布3、 电荷守恒定律4、 库仑定律（1）公式：FkQ1Q2/r2 k9.0109N.m2/C2（2）条件：真空 点电荷：同质点、单摆一样，是一个理想化的模型，一个科学的抽象11