2022年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十三章 電場 一、電荷、庫侖定律(第一課時)從容說課 本節(jié)在回顧復習初中已經(jīng)學過的兩種電荷及其相互作用、摩擦起電的基礎上，著重介紹靜電感應現(xiàn)象和庫侖定律 本節(jié)教材的特點如下： 1基本概念多且基礎性強，是整章甚至整個電學部分的基石 2實驗性強對于靜電感應現(xiàn)象和庫侖定律都需要通過實驗演示引入探究 3定性研究和定量討論相結合 結合本節(jié)教材的特點及其地位，現(xiàn)定位本節(jié)的教學目標如下： 1回顧復習兩種電荷及其相互作用、摩擦起電 2元電荷的了解 3了解靜電感應現(xiàn)象及其實質(zhì) 4深入理解電荷守恒定律和庫侖定律，并能應用定律解決一些具體問題 本節(jié)的教學重點定位于對靜電感應現(xiàn)象和庫侖定律的理解上 本節(jié)的教學難點定位于對物體帶電的實質(zhì)以及電荷守恒的理解上 在本節(jié)的教學過程中，采用層層遞進、由感性認識到理性認識、由表入里的思路認識現(xiàn)象、理解規(guī)律，使學生通過嚴密的邏輯推理，主動積極地探究知識點間的關系，充分發(fā)揮大家的主觀能動性 本節(jié)的教學程序如下： 回顧引入問題提出探究猜想實驗驗證規(guī)律總結教師點撥拓展應用知識小結教學目標 一、知識目標 1知道摩擦起電和感應起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負電荷分開 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，要求知道點電荷的概念，理解庫侖定律的含義及其公式表達，知道靜電力常量，會用庫侖定律的公式進行運算 二、能力目標 1通過實驗觀察培養(yǎng)大家觀察和分析問題的能力 2通過知識點的邏輯關系學習，培養(yǎng)大家的邏輯推理能力、分析歸納能力 三、德育目標 1正、負電荷及電荷守恒定律的學習滲透客觀事物對立統(tǒng)一的觀點及守恒的思想升華 2庫侖定律的得出使學生體會抓住主要因素、忽略次要因素是物理學中研究問題的常用科學方法教學重點 庫侖定律，靜電感應教學難點 電荷的守恒，物體帶電的實質(zhì)教學方法 實驗歸納法、問題解決法、互動探究法教學用具 枕形導體兩個，帶電的球形導體(均帶絕緣柄)多個，驗電器、絲線、鐵架臺、投影儀、投影片、CAI課件課時安排 1課時教學過程 投影本節(jié)學習目標和學法指導 (一)學習目標 1知道自然界只有兩種電荷 2知道事實表明電荷守恒 (1)知道一個電子或離子的電荷量e叫做元電荷 (2)知道使物體帶電就是使物體中的正、負電荷分離 3掌握真空中的庫侖定律 (1)知道點電荷概念 (2)知道庫侖定律的文字表述 (3)會用庫侖定律求解和判斷點電荷靜電力的大小和方向 (二)學法指導 1用實驗探究法去了解靜電感應現(xiàn)象和理解(定性)庫侖定律 2對比歸納法理解電荷守恒定律 學習目標完成過程 一、復習引入 1請大家回顧以下知識點： 怎樣就說明一個物體帶電了? 我們已知的使物體帶電的方法有哪些? 自然界中有幾種電荷? 大家所述帶電方法稱之為摩擦起電對嗎? 學生活動 回顧解答,教師適當激勵點撥 引入我們已經(jīng)知道可以通過摩擦起電的方法使物體帶電，那是否還有別的方法可以使物體帶電呢?帶電的實質(zhì)是什么?起電的過程又遵循什么樣的規(guī)律呢?本節(jié)課來學習 板書電荷庫侖定律 二、新課教學 (一)電荷守恒定律 介紹驗電器 1檢驗物體帶電的儀器(判斷方法：使物體與驗電器接觸、箔片張開說明物體帶電，不張開說明物體不帶電原理：兩箔片帶同性電荷，排斥作用) 2判定物體帶電的電性 若原來驗電器已由于帶電張開一定角度,把與之帶同種電荷的物體接觸驗電器，箔片張角變大，異種電荷則箔片張角變小(甚至閉合后再張開)其中的原理是同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引 演示實驗 取一對用絕緣支柱支持的金屬導體A和B，使它們相互接觸，且導體A和B的下邊都有一對金屬箔片 把一帶正電的導體球C移近導體A，觀察A和B上箔片張角的變化 學生活動 觀察實驗現(xiàn)象 抽查學生描述現(xiàn)象 開始時箔片閉合，把導體C移近后箔片張開，說明A、B都帶上了電 設疑請同學們思考A、B、C三個導體所帶電的電性關系如何驗證你的結論? 學生探究活動1 結合驗電器的特點及已有的知識結構獨立思考，提出驗證方法 學生探究活動2 小組互動探究，統(tǒng)一方法 抽查學生敘述本組方法并實踐驗證 教師點撥拓展方法 (1)取一帶正電的驗電器，用A和B分別與之接觸，發(fā)現(xiàn)導體A使驗電器張角變小，表明它帶負電，導體B使驗電器的箔片張角變大，表明它帶正電 (2)可以用和絲綢摩擦過的玻璃棒分別接觸A和B，通過觀察張角變化即可判定A、B的帶電電性(變大帶正電，變小帶負電) 師生互動歸納 結合同學們的猜想并實踐可知： (1)A帶負電 (2)B帶負電 (3)A、B、C三者電性關系為CA相反、CB相同、AB相反 引申思考 請大家來判定A、B所帶電的電荷量關系 學生探究活動1 結合自身實際，提出猜想 學生探究活動2 小組討論，確定統(tǒng)一猜想并實踐驗證 抽查代表描述驗證方法及結論 教師點撥歸納 1驗證方法：把C移走，A和B箔片仍張開，把A、B接觸，觀察A、B的張角變化即可判定A、B所帶電荷量的關系(可能情況：某箔片張角先變小至閉合后再張開，說明它所帶電荷量不相同，若都閉合則說明帶電荷量相同) 2實驗現(xiàn)象：接觸后A、B箔片均閉合 3實驗結論：A、B帶電荷量相等 師生互動歸納 1這種把電荷移近不帶電的導體而使導體帶電的現(xiàn)象叫做靜電感應現(xiàn)象 2利用靜電感應使物體帶電叫感應起電 類比探究 請大家分析摩擦起電和感應起電的異同之處是什么 學生活動 結合分析提示討論歸納 抽查激勵評價 教師點撥拓展CAI課件模擬 1摩擦起電使物體中的自由電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 2感應起電使自由電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 3兩種起電方式使兩物體或一個物體的兩部分帶等量的異種電荷 附：分析提示 物體中的自由電荷是自由電子 物體失去電子使物體帶正電,得到電子的物體帶負電 師生互動歸納 電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，這個結論就是電荷守恒定律 教師強調(diào) 能量守恒電荷守恒自然界中守恒的思想 設問過渡 物體的帶電荷量可多可少，實驗證明，物體所帶的電荷量并不是各種隨便可能的數(shù)值，它有一個規(guī)律那是什么規(guī)律呢? 學生探究活動 閱讀課本思考歸納、發(fā)現(xiàn)特點 教師抽查展示 投影相關知識點 (1)元電荷是電荷量的最小單位，即一個電子或質(zhì)子所帶的電荷量 (2)元電荷量e=1.60×10-19C (3)任何一個物體所帶的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍 (4)電子的電荷量e和電子質(zhì)量m的比叫電子的比荷，即=1.76×1011C/kg 實例分析 有一個物體帶5.0×10-18C的電荷量，可能嗎? 學生活動 解析：=31.25 非整數(shù)說明這個電荷量值不存在 (二)庫侖定律 引出問題 我們都知道這樣一個規(guī)律,同種電荷有相互排斥的作用力，異種電荷有相互吸引的作用力，那么電荷間的相互作用力大小跟什么因素有關呢?接下來討論探究 學生探究活動設計 要求同學猜想電荷間的相互作用力跟什么因素有關 猜想結果 如：大小、形狀、電荷量大小、相互距離、質(zhì)量等 學法指導 控制變量法： 要想看跟哪個因素有關，先控制其他因素不變 學生活動設計 結合自己的猜想實驗論證，分組進行(每組探究一種因素) 教師點撥歸納結論 通過實驗驗證電荷間的相互作用力只跟帶電體所帶的電荷量及它們之間的距離有關。 引申那么作用力同電荷量及距離的關系到底怎樣呢?接下來我們通過實驗定性探究。 演示實驗一 把一帶正電的球A放在實驗臺上，用絲線懸掛一帶正電的小球B于鐵架臺上移動球A，觀察小球懸線偏離豎直方向的夾角隨A、B間距變化的變化情況 演示實驗二 保持距離不變，用不同帶電荷量的球A實驗，觀察小球B的懸線偏離豎直方向的角度隨電荷量變化而變化的情況 實驗思考 懸線偏離豎直方向的夾角與A、B之間的作用力大小有什么關系? 學生歸納 懸線偏離豎直方向的夾角越大證明二者的相互作用力越大；反之則越小。 學生活動 現(xiàn)象歸納： 兩電荷之間的作用力隨它們之間距離的增大而減小，隨距離的減小而增大。 兩電荷問的相互作用力隨電荷量的增大而增大；隨電荷量的減小而減小。 物理學史簡介 早在我國東漢時期已經(jīng)掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律 兩千年后的法國物理學家?guī)靵鐾ㄟ^實驗定量地研究了電荷之間的相互作用規(guī)律 錄像資料 庫侖介紹 庫侖的扭秤實驗 投影庫侖扭秤實驗得到的結論 真空中兩個點電荷之間的相互作用力，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 公式：F=k 深入理解 學生探究活動 閱讀課文中的庫侖定律部分了解定律 投影關于庫侖定律 庫侖定律的適用條件 庫侖定律公式中的k是什么量? 庫侖定律所反映的作用力是否遵從牛頓第三定律呢? 點電荷是理想模型嗎?什么情況下帶電體可以看作點電荷? 庫侖力與靜電力 電荷之間相互作用力的方向如何呢? 學生活動 結合上述問題再次閱讀思考并回答問題 教師激勵評價,點撥歸納 1庫侖定律反映了庫侖力(或叫靜電力)的大小表達式及方向關系(F=k，方向為二者連線再加上排斥或吸引的特點確定) 2電荷之間的相互作用遵從牛頓第三定律 3類比得到什么是點電荷 (1)點電荷與質(zhì)點一樣，是一個理想化的物理模型 (2)只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略,帶電體就可以當作是點電荷 4庫侖定律的適用條件 (1)真空、點電荷 (2)一般情況下，在空氣中也近似適用 5關于靜電力常量 靜電力常量k的物理意義在數(shù)值上等于兩個帶有單位電荷量的點電荷在真空中相距單位距離時的庫侖力 學生代人數(shù)值 Q1=Q2=1 C,r=l m得F=9×109 N (三)拓展應用 1F=k中Q1Q2是否帶正負號? (不,帶電荷量的絕對值,因通過F=k僅是計算F的大小) 例題試比較電子和質(zhì)子間的靜電力和萬有引力已知電子的質(zhì)量m1=9.1×10-31 kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.67×10-27kg 在實物投影儀上展示學生的求解過程 解：電子和質(zhì)子間的靜電力為： F=k 它們之間的萬有引力為 F2=G 所以=2.3×1039 思考 1從例題中得到，在研究帶電粒子間的相互作用時，萬有引力可忽略不計 2如何求解帶電體間靜電力的大小和方向? 方法任一帶電體均可看成由許多點電荷組成，如果清楚帶電體的電荷分布，依據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則即可求得 思想教育 庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次方反比規(guī)律，但人們至今還不能說明它們的這種相似性，物理學家還在繼續(xù)研究，希望大家學有所成，以后在這方面的研究有所突破 三、小結 1大家結合板書自結 2對照學習目標檢查學習情況 3投影示范小結四、作業(yè)1復習本節(jié)知識內(nèi)容2扭秤原理方法綜述(庫侖、卡文迪許)3練習一 4習題A組1 B組14預習下節(jié)內(nèi)容五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1把兩個完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來帶電情況不可能是( ) A原來的其中一個帶電 B兩個小球原來分別帶等量異種電荷 C兩個小球原來分別帶同種電荷 D兩個小球原來分別帶不等量異種電荷 2關于點電荷的概念，下列說法正確的是( ) A當兩個帶電體的形狀對它們之間相互作用力的影響可忽略時，這兩個帶電體可看作點電荷 B只有體積很小的帶電體才能看作點電荷 C體積很大的帶電體一定不能看作點電荷 D對于任何帶電球體，總可把它看作電荷全部集中在球心的點電荷 3a、b兩個同性點電荷的距離保持恒定,當另有一個異性電荷移近時，a、b之間的庫侖斥力將( ) A變小 B變大 C不變 D不能確定 4如圖所示,有三個點電荷A、B、C位于一個等邊三角形的三個頂點上，已知A、B都帶正電荷,A所受B、C兩個電荷的靜電力的合力如圖中FA所示那么可以判定點電荷C所帶電荷的電性為 ( ) A一定是正電 B一定是負電 C可能是正電也可能是負電 D無法判斷 5將兩個半徑極小的帶電小球(可視為點電荷)，置于一個絕緣的光滑水平面上,從靜止開始釋放那么下列敘述中正確的是(忽略兩球間的萬有引力作用)( ) A.它們的加速度一定在同一直線上,而且方向可能相同 B它們的加速度可能為零 C它們的加速度方向一定相反 D它們加速度的大小一定越來越小 6兩個電荷量大小相等的點電荷，在真空中相距1 m時，相互吸引力為0.1 N，則它們的電荷量分別是Q1=_C，Q2=_C將它們相碰一下再放到相距1 m遠處,它們的相互作用力為_ 7兩個完全相同的帶電小球，質(zhì)量均為m且?guī)в械攘客N電荷,用兩根長度相同的絕緣細線懸掛于同一點(如圖所示),靜止后兩條細線張角為2.若細線長度為L，兩個小球所帶電荷量大小均為_，懸線張力大小為_ 8真空中有兩個點電荷,其中q1=5×10-3C；q2=-5×10-2C，它們相距15cm現(xiàn)引入第三個點電荷，各自放在何處才能使三個點電荷都處于靜止狀態(tài)? 9A、B、C是三個完全相同，帶有絕緣棒的金屬小球，已知其中一個帶電，如果A球先后與B、C球相接觸，再把A、C球放在距離為r的兩位置上，測得它們之間的庫侖力為F1；設法使三個球恢復初始狀態(tài)，然后用C球先后和B、A球相接觸，再把A、C球放在距離為r的兩位置上，此時兩球間的庫侖力僅為F1/4因此可判斷原先哪個球帶有電荷? 參考答案 1B 2A 3C 4B 5C 63.3×10-6 3.3×10-6 O 7 mg/cos 8根據(jù)題意，q1，q2為異種電荷，它們之間的相互作用力為引力，分別為F21、F12若使q1、q2平衡，則第三個點電荷對第一個點電荷的作用力F31，方向應向左，對第二個電荷的作用力F12應向右，再根據(jù)F=k，可知第三個點電荷應放在q1與q2的連線上位于電荷量小的電荷q1的左側若使三個點電荷均處于靜止狀態(tài),那么每個點電荷所受的合外力均為零,即對第一個電荷F31=F21,對第二個電荷F12=F32,對第三個電荷F13=F23設第三個電荷與q1相距x cm,根據(jù)平衡條件 對q1:k (r為q1、q2間的距離) 對q2:k 對q3：k 由解出x=15 cm，且第三個電荷應帶負電 9解：假定原先A球帶有電荷，設電荷量為q F1=k,F2=k,F2=4F1所以不可能A球帶有電荷 假定原先C球帶有電荷，設電荷量為q，因為三個球完全相同，因此，兩兩接觸后，電荷平均分配F1=k；F2= 所以原先帶有電荷的是C球