2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十三章 电场 一、电荷、库仑定律(第一课时).doc

2019-2020年高二物理 （人教大纲版）第二册 第十三章 电场 一、电荷、库仑定律(第一课时)从容说课 本节在回顾复习初中已经学过的两种电荷及其相互作用、摩擦起电的基础上，着重介绍静电感应现象和库仑定律 本节教材的特点如下： 1基本概念多且基础性强，是整章甚至整个电学部分的基石 2实验性强对于静电感应现象和库仑定律都需要通过实验演示引入探究 3定性研究和定量讨论相结合 结合本节教材的特点及其地位，现定位本节的教学目标如下： 1回顾复习两种电荷及其相互作用、摩擦起电 2元电荷的了解 3了解静电感应现象及其实质 4深入理解电荷守恒定律和库仑定律，并能应用定律解决一些具体问题 本节的教学重点定位于对静电感应现象和库仑定律的理解上 本节的教学难点定位于对物体带电的实质以及电荷守恒的理解上 在本节的教学过程中，采用层层递进、由感性认识到理性认识、由表入里的思路认识现象、理解规律，使学生通过严密的逻辑推理，主动积极地探究知识点间的关系，充分发挥大家的主观能动性 本节的教学程序如下： 回顾引入问题提出探究猜想实验验证规律总结教师点拨拓展应用知识小结教学目标 一、知识目标 1知道摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开 2知道电荷守恒定律 3知道什么是元电荷 4掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量，会用库仑定律的公式进行运算 二、能力目标 1通过实验观察培养大家观察和分析问题的能力 2通过知识点的逻辑关系学习，培养大家的逻辑推理能力、分析归纳能力 三、德育目标 1正、负电荷及电荷守恒定律的学习渗透客观事物对立统一的观点及守恒的思想升华 2库仑定律的得出使学生体会抓住主要因素、忽略次要因素是物理学中研究问题的常用科学方法教学重点 库仑定律，静电感应教学难点 电荷的守恒，物体带电的实质教学方法 实验归纳法、问题解决法、互动探究法教学用具 枕形导体两个，带电的球形导体(均带绝缘柄)多个，验电器、丝线、铁架台、投影仪、投影片、CAI课件课时安排 1课时教学过程 投影本节学习目标和学法指导 (一)学习目标 1知道自然界只有两种电荷 2知道事实表明电荷守恒 (1)知道一个电子或离子的电荷量e叫做元电荷 (2)知道使物体带电就是使物体中的正、负电荷分离 3掌握真空中的库仑定律 (1)知道点电荷概念 (2)知道库仑定律的文字表述 (3)会用库仑定律求解和判断点电荷静电力的大小和方向 (二)学法指导 1用实验探究法去了解静电感应现象和理解(定性)库仑定律 2对比归纳法理解电荷守恒定律 学习目标完成过程 一、复习引入 1请大家回顾以下知识点： 怎样就说明一个物体带电了? 我们已知的使物体带电的方法有哪些? 自然界中有几种电荷? 大家所述带电方法称之为摩擦起电对吗? 学生活动 回顾解答,教师适当激励点拨 引入我们已经知道可以通过摩擦起电的方法使物体带电，那是否还有别的方法可以使物体带电呢?带电的实质是什么?起电的过程又遵循什么样的规律呢?本节课来学习 板书电荷库仑定律 二、新课教学 (一)电荷守恒定律 介绍验电器 1检验物体带电的仪器(判断方法：使物体与验电器接触、箔片张开说明物体带电，不张开说明物体不带电原理：两箔片带同性电荷，排斥作用) 2判定物体带电的电性 若原来验电器已由于带电张开一定角度,把与之带同种电荷的物体接触验电器，箔片张角变大，异种电荷则箔片张角变小(甚至闭合后再张开)其中的原理是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 演示实验 取一对用绝缘支柱支持的金属导体A和B，使它们相互接触，且导体A和B的下边都有一对金属箔片 把一带正电的导体球C移近导体A，观察A和B上箔片张角的变化 学生活动 观察实验现象 抽查学生描述现象 开始时箔片闭合，把导体C移近后箔片张开，说明A、B都带上了电 设疑请同学们思考A、B、C三个导体所带电的电性关系如何验证你的结论? 学生探究活动1 结合验电器的特点及已有的知识结构独立思考，提出验证方法 学生探究活动2 小组互动探究，统一方法 抽查学生叙述本组方法并实践验证 教师点拨拓展方法 (1)取一带正电的验电器，用A和B分别与之接触，发现导体A使验电器张角变小，表明它带负电，导体B使验电器的箔片张角变大，表明它带正电 (2)可以用和丝绸摩擦过的玻璃棒分别接触A和B，通过观察张角变化即可判定A、B的带电电性(变大带正电，变小带负电) 师生互动归纳 结合同学们的猜想并实践可知： (1)A带负电 (2)B带负电 (3)A、B、C三者电性关系为CA相反、CB相同、AB相反 引申思考 请大家来判定A、B所带电的电荷量关系 学生探究活动1 结合自身实际，提出猜想 学生探究活动2 小组讨论，确定统一猜想并实践验证 抽查代表描述验证方法及结论 教师点拨归纳 1验证方法：把C移走，A和B箔片仍张开，把A、B接触，观察A、B的张角变化即可判定A、B所带电荷量的关系(可能情况：某箔片张角先变小至闭合后再张开，说明它所带电荷量不相同，若都闭合则说明带电荷量相同) 2实验现象：接触后A、B箔片均闭合 3实验结论：A、B带电荷量相等 师生互动归纳 1这种把电荷移近不带电的导体而使导体带电的现象叫做静电感应现象 2利用静电感应使物体带电叫感应起电 类比探究 请大家分析摩擦起电和感应起电的异同之处是什么 学生活动 结合分析提示讨论归纳 抽查激励评价 教师点拨拓展CAI课件模拟 1摩擦起电使物体中的自由电子从一个物体转移到另一个物体。 2感应起电使自由电子从物体的一部分转移到另一部分 3两种起电方式使两物体或一个物体的两部分带等量的异种电荷 附：分析提示 物体中的自由电荷是自由电子 物体失去电子使物体带正电,得到电子的物体带负电 师生互动归纳 电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从体的一部分转移到另一部分，这个结论就是电荷守恒定律 教师强调 能量守恒电荷守恒自然界中守恒的思想 设问过渡 物体的带电荷量可多可少，实验证明，物体所带的电荷量并不是各种随便可能的数值，它有一个规律那是什么规律呢? 学生探究活动 阅读课本思考归纳、发现特点 教师抽查展示 投影相关知识点 (1)元电荷是电荷量的最小单位，即一个电子或质子所带的电荷量 (2)元电荷量e=1.6010-19C (3)任何一个物体所带的电荷量一定等于元电荷的整数倍 (4)电子的电荷量e和电子质量m的比叫电子的比荷，即=1.761011C/kg 实例分析 有一个物体带5.010-18C的电荷量，可能吗? 学生活动 解析：=31.25 非整数说明这个电荷量值不存在 (二)库仑定律 引出问题 我们都知道这样一个规律,同种电荷有相互排斥的作用力，异种电荷有相互吸引的作用力，那么电荷间的相互作用力大小跟什么因素有关呢?接下来讨论探究 学生探究活动设计 要求同学猜想电荷间的相互作用力跟什么因素有关 猜想结果 如：大小、形状、电荷量大小、相互距离、质量等 学法指导 控制变量法： 要想看跟哪个因素有关，先控制其他因素不变 学生活动设计 结合自己的猜想实验论证，分组进行(每组探究一种因素) 教师点拨归纳结论 通过实验验证电荷间的相互作用力只跟带电体所带的电荷量及它们之间的距离有关。 引申那么作用力同电荷量及距离的关系到底怎样呢?接下来我们通过实验定性探究。 演示实验一 把一带正电的球A放在实验台上，用丝线悬挂一带正电的小球B于铁架台上移动球A，观察小球悬线偏离竖直方向的夹角随A、B间距变化的变化情况 演示实验二 保持距离不变，用不同带电荷量的球A实验，观察小球B的悬线偏离竖直方向的角度随电荷量变化而变化的情况 实验思考 悬线偏离竖直方向的夹角与A、B之间的作用力大小有什么关系? 学生归纳 悬线偏离竖直方向的夹角越大证明二者的相互作用力越大；反之则越小。 学生活动 现象归纳： 两电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而减小，随距离的减小而增大。 两电荷问的相互作用力随电荷量的增大而增大；随电荷量的减小而减小。 物理学史简介 早在我国东汉时期已经掌握了电荷间相互作用的定性规律 两千年后的法国物理学家库仑通过实验定量地研究了电荷之间的相互作用规律 录像资料 库仑介绍 库仑的扭秤实验 投影库仑扭秤实验得到的结论 真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比 公式：F=k 深入理解 学生探究活动 阅读课文中的库仑定律部分了解定律 投影关于库仑定律 库仑定律的适用条件 库仑定律公式中的k是什么量? 库仑定律所反映的作用力是否遵从牛顿第三定律呢? 点电荷是理想模型吗?什么情况下带电体可以看作点电荷? 库仑力与静电力 电荷之间相互作用力的方向如何呢? 学生活动 结合上述问题再次阅读思考并回答问题 教师激励评价,点拨归纳 1库仑定律反映了库仑力(或叫静电力)的大小表达式及方向关系(F=k，方向为二者连线再加上排斥或吸引的特点确定) 2电荷之间的相互作用遵从牛顿第三定律 3类比得到什么是点电荷 (1)点电荷与质点一样，是一个理想化的物理模型 (2)只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略,带电体就可以当作是点电荷 4库仑定律的适用条件 (1)真空、点电荷 (2)一般情况下，在空气中也近似适用 5关于静电力常量 静电力常量k的物理意义在数值上等于两个带有单位电荷量的点电荷在真空中相距单位距离时的库仑力 学生代人数值 Q1=Q2=1 C,r=l m得F=9109 N (三)拓展应用 1F=k中Q1Q2是否带正负号? (不,带电荷量的绝对值,因通过F=k仅是计算F的大小) 例题试比较电子和质子间的静电力和万有引力已知电子的质量m1=9.110-31 kg，质子的质量m2=1.6710-27kg 在实物投影仪上展示学生的求解过程 解：电子和质子间的静电力为： F=k 它们之间的万有引力为 F2=G 所以=2.31039 思考 1从例题中得到，在研究带电粒子间的相互作用时，万有引力可忽略不计 2如何求解带电体间静电力的大小和方向? 方法任一带电体均可看成由许多点电荷组成，如果清楚带电体的电荷分布，依据库仑定律和平行四边形定则即可求得 思想教育 库仑定律和万有引力定律都遵从二次方反比规律，但人们至今还不能说明它们的这种相似性，物理学家还在继续研究，希望大家学有所成，以后在这方面的研究有所突破 三、小结 1大家结合板书自结 2对照学习目标检查学习情况 3投影示范小结四、作业1复习本节知识内容2扭秤原理方法综述(库仑、卡文迪许)3练习一 4习题A组1 B组14预习下节内容五、板书设计 六、本节优化训练设计 1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不可能是( ) A原来的其中一个带电 B两个小球原来分别带等量异种电荷 C两个小球原来分别带同种电荷 D两个小球原来分别带不等量异种电荷 2关于点电荷的概念，下列说法正确的是( ) A当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷 B只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C体积很大的带电体一定不能看作点电荷 D对于任何带电球体，总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 3a、b两个同性点电荷的距离保持恒定,当另有一个异性电荷移近时，a、b之间的库仑斥力将( ) A变小 B变大 C不变 D不能确定 4如图所示,有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带正电荷,A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示那么可以判定点电荷C所带电荷的电性为 ( ) A一定是正电 B一定是负电 C可能是正电也可能是负电 D无法判断 5将两个半径极小的带电小球(可视为点电荷)，置于一个绝缘的光滑水平面上,从静止开始释放那么下列叙述中正确的是(忽略两球间的万有引力作用)( ) A.它们的加速度一定在同一直线上,而且方向可能相同 B它们的加速度可能为零 C它们的加速度方向一定相反 D它们加速度的大小一定越来越小 6两个电荷量大小相等的点电荷，在真空中相距1 m时，相互吸引力为0.1 N，则它们的电荷量分别是Q1=_C，Q2=_C将它们相碰一下再放到相距1 m远处,它们的相互作用力为_ 7两个完全相同的带电小球，质量均为m且带有等量同种电荷,用两根长度相同的绝缘细线悬挂于同一点(如图所示),静止后两条细线张角为2.若细线长度为L，两个小球所带电荷量大小均为_，悬线张力大小为_ 8真空中有两个点电荷,其中q1=510-3C；q2=-510-2C，它们相距15cm现引入第三个点电荷，各自放在何处才能使三个点电荷都处于静止状态? 9A、B、C是三个完全相同，带有绝缘棒的金属小球，已知其中一个带电，如果A球先后与B、C球相接触，再把A、C球放在距离为r的两位置上，测得它们之间的库仑力为F1；设法使三个球恢复初始状态，然后用C球先后和B、A球相接触，再把A、C球放在距离为r的两位置上，此时两球间的库仑力仅为F1/4因此可判断原先哪个球带有电荷? 参考答案 1B 2A 3C 4B 5C 63.310-6 3.310-6 O 7 mg/cos 8根据题意，q1，q2为异种电荷，它们之间的相互作用力为引力，分别为F21、F12若使q1、q2平衡，则第三个点电荷对第一个点电荷的作用力F31，方向应向左，对第二个电荷的作用力F12应向右，再根据F=k，可知第三个点电荷应放在q1与q2的连线上位于电荷量小的电荷q1的左侧若使三个点电荷均处于静止状态,那么每个点电荷所受的合外力均为零,即对第一个电荷F31=F21,对第二个电荷F12=F32,对第三个电荷F13=F23设第三个电荷与q1相距x cm,根据平衡条件 对q1:k (r为q1、q2间的距离) 对q2:k 对q3：k 由解出x=15 cm，且第三个电荷应带负电 9解：假定原先A球带有电荷，设电荷量为q F1=k,F2=k,F2=4F1所以不可能A球带有电荷 假定原先C球带有电荷，设电荷量为q，因为三个球完全相同，因此，两两接触后，电荷平均分配F1=k；F2= 所以原先带有电荷的是C球