電荷、庫侖定律教學(xué)設(shè)計高二年級 學(xué)科：物理 主備人：柴新艷備課組長：鄭仕潮教學(xué)目標(biāo)：1、知識目標(biāo)：知道正負(fù)電荷及其規(guī)定，定性的了解兩種電荷之間的作用規(guī)律，掌握起電的三種方式及其實質(zhì)，學(xué)會用庫侖定律詳細(xì)計算。2、能力目標(biāo)：通過對演示實驗的觀察，總結(jié)出規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)的能力，理解電荷的物理模型。3、情感目標(biāo)：滲透物理方法的教育，運用理想化模型的研究方法，突出主要因素、忽略次要因素，抽象出物理模型點電荷。教學(xué)重點：1、電荷的產(chǎn)生和一些基本概念；2、庫侖定律的內(nèi)容及應(yīng)用；教學(xué)難點：1、 電荷守恒定律的計算2、 庫侖定律的相關(guān)計算教學(xué)過程：一、 電現(xiàn)象的歷史回顧公元前600年左右，希臘人發(fā)現(xiàn)了摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象。16世紀(jì)，英國御醫(yī)吉爾伯特提出了電荷的概念。18世紀(jì)，美國科學(xué)家富蘭克林提出了正負(fù)電荷的概念。二、 電荷守恒定律問題一、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？ 問題二、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？ 問題三、摩擦起電的實質(zhì)是什么？ 1、 兩種電荷，正電荷：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷。負(fù)電荷：用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷。2、 兩種電荷之間的關(guān)系同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 3、幾個基本概念讀課本p4頁回答下列問題問題一、電荷的多少如何表示？它的單位是什么？電荷量：電荷的多少，簡稱電量。單位:庫侖 C比較電荷帶電的多少,要比較的是其電荷量的絕對值電荷量的正負(fù)不表示電荷量的大小,只代表電荷的性質(zhì)問題二、什么是元電荷？一個電子就是一個元電荷嗎？一個電子所帶電量為元電荷所有帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍問題三、元電荷的數(shù)值是多少？它的數(shù)值最早是由哪位物理學(xué)家測定的？元電荷的值美國科學(xué)家密立根問題四、什么是比荷？電子的比荷是多少？帶電體的電荷量與質(zhì)量的比值叫做比荷例1、關(guān)于元電荷的理解，下列說法中正確的是 ( D ) A元電荷就是電子 B元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 C元電荷就是質(zhì)子 D物體所帶的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍 練習(xí)1、科學(xué)家在研究原子、原子核及基本粒子時，為了方便，常常用元電荷作為電量的單位，關(guān)于元電荷，下列論述正確的是( ) A.把質(zhì)子或電子叫元電荷 B.1.60×10-19C的電量叫元電荷 C.電子帶有最小的負(fù)電荷，其電量的絕對值叫元電荷 D.質(zhì)子帶有最小的正電荷，其電量的絕對值叫元電荷 練習(xí)2、帶電微粒所帶的電荷量不可能是下列值中的（ ）A. 2.4×10-19C B. B.-6.4×10-1 9C C.-1.6×10-18C D.4.0×10-17C4、起電的三種方式（1） 摩擦起電：a.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) b.摩擦起電的原因當(dāng)兩個物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電。c.起電實質(zhì)電子的得失，電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。d.結(jié)果兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷例2、掛在絕緣細(xì)線下的兩輕質(zhì)導(dǎo)體球，由于電荷的相互作用靠近或遠(yuǎn)離，如圖所示，則：（ BC ） A 甲圖中兩球一定帶異種電荷； B甲圖中至少有一個帶電； C乙圖中兩球一定帶同種電荷； D乙圖中兩球可能只有一個帶電。練習(xí)3、關(guān)于摩擦起電，下列說法中正確的是(C )A兩個物體相互摩擦?xí)r一定會發(fā)生帶電現(xiàn)象B摩擦起電的兩個物體一定帶有等量同種電荷C在摩擦起電現(xiàn)象中負(fù)電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體D在摩擦起電現(xiàn)象中正、負(fù)電荷同時發(fā)生轉(zhuǎn)移（2） 接觸起電a. 起電原因不帶電的物體與帶電體接觸，能使不帶電的物體帶上電，這種方式稱為接觸起電。b. 起電實質(zhì)電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體例3、半徑相同的兩個金屬小球A、B帶有相等的電荷量,相隔一定的距離,今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B接觸后移開.若A、B兩球帶同種電荷,接觸后的電荷量之比為:_.若A、B兩球帶異種電荷,接觸后兩球的帶電荷量之比為:_. 練習(xí)4、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可能是（ ） A其中一個帶電，一個不帶電 B兩個小球原來帶等量異種電荷 C兩個小球原來帶同種電荷 D兩個小球原來帶不等量異種電荷 作業(yè)1、有三個相同的絕緣金屬小球A、B、C，其中小球A帶有2.0×10-5C的正電荷，小球B、C不帶電現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走 ，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別是多少？（3） 感應(yīng)起電: 利用靜電感應(yīng)使物體帶電a. 起電機理靜電感應(yīng)當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。b. 起電實質(zhì)電荷的重新分配，電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分c.結(jié)果：使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離的一端帶同號電荷 例3、如圖所示，當(dāng)帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時，枕形導(dǎo)體上的電荷移動情況是：（ ）枕形金屬導(dǎo)體上的正電荷向B端移動，負(fù)電荷不移動B、枕形金屬導(dǎo)體上的帶負(fù)電的電子向A端移動，正電荷不移動C、枕形金屬導(dǎo)體上的正、負(fù)電荷同時分別向B端和A端移動D、枕形金屬導(dǎo)體上的正、負(fù)電荷同時分別向A端和B端移動練習(xí)5、如圖所示，將帶有負(fù)電的絕緣棒移近兩個不帶電的導(dǎo)體球，兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣，下列方法中能使兩球都帶電的是 ()A先把兩球分開，再移走棒 B先移走棒，再把兩球分開C 使棒與甲球瞬時接觸，再移走棒 D先使乙球瞬時接地，再移走棒5、起電的本質(zhì)無論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移，而不是創(chuàng)造電荷.5、電荷守恒定律表述一： 電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變表述二： 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。 課堂練習(xí)1、用一根與毛皮摩擦過的硬橡膠棒，靠近不帶電驗電器的金屬小球a，然后用手指瞬間接觸一下金屬桿c后拿開橡膠棒，這時驗電器小球a和金箔b的帶電情況是（）A、a帶正電，b帶負(fù)電 B、a帶負(fù)電，b帶正電 C、a、b均帶正電 D、a、b均帶負(fù)電 作業(yè)2、有三個完全一樣的絕緣金屬球，A球帶的電荷量為q，B、C均不帶電?，F(xiàn)要使B球帶的電荷量為3q/8，應(yīng)該怎么辦？ 3、如圖所示,A、B是被絕緣支架分別架 起的金屬球,并相隔一定距離,其中A帶正電,B不帶電,則以下說法中正確的是: A.導(dǎo)體B帶負(fù)電;B.導(dǎo)體B左端出現(xiàn)負(fù)電荷,右端出現(xiàn)正電荷,并且電荷量大小相等;C.若A不動,將B沿圖中虛線分開,則左邊的電荷量小于右邊的電荷量;D.若A、B接觸一下,A、B金屬體所帶總電荷量保持不變.4、有A、B、C三個完全相同的金屬球，A帶1.2×104C的正電荷，B、C不帶電，現(xiàn)用相互接觸的方法使它們都帶電，則A、B、C所帶的電荷量可能是下面哪組數(shù)據(jù)()A6.0×105C,4.0×105C,4.0×105CB6.0×105C,4.0×105C,2.0×105CC4.5×105C,4.5×105C,3.0×105CD5.0×105C,5.0×105C,2.0×105C拓展驗電器與靜電計在作用上的不同驗電器的主要作用有：（1）檢驗導(dǎo)體是否帶電。（2）檢驗導(dǎo)體所帶電性。 靜電計也稱作指針式驗電器，這說明它完全具備驗電器的各種作用。由于靜電計的特殊結(jié)構(gòu)，使得它又具備驗電器不能替代的某些作用。（1）定量測量兩導(dǎo)體間的電勢差。（2）定量測量某導(dǎo)體的電勢。練習(xí)1一個帶正電的驗電器如圖所示，AB+當(dāng)一個金屬球A靠近驗電器上的金屬球B時，驗電器中金屬箔片的張角減小，則（ ）A金屬球A可能不帶電B金屬球A一定帶正電C金屬球A可能帶負(fù)電D金屬球A一定帶負(fù)電 練習(xí)2用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近已帶電的驗電器時，發(fā)現(xiàn)它的金屬箔片的張角減小，由此可判斷（ ）A驗電器所帶電荷量部分被中和B驗電器所帶電荷量部分跑掉了C驗電器一定帶正電D驗電器一定帶負(fù)電三、庫侖定律人們對電荷的認(rèn)識是通過研究并認(rèn)識電荷間的相互作用而獲得的。沿襲牛頓對力的定義，將電荷間的相互作用力成為庫侖力或靜電力。這個力就是我們這節(jié)課要研究的核心問題。（一）、庫侖力q1q2靜止電荷之間的相互作用，稱為靜電力或庫侖力。（二）、探究影響電荷間相互作用的因素1、猜想：庫侖力可能與帶電體的電荷量和兩者之間的距離有關(guān)2、實驗驗證實驗裝置（如右圖所示）：引導(dǎo)學(xué)生從研究目的出發(fā)，設(shè)計實驗裝置，使實驗裝置能實現(xiàn)預(yù)期的作用。觀察現(xiàn)象：（結(jié)合視頻演示）改變小球電量和兩小球間距離，觀察小球偏離豎直方向的夾角大小，對應(yīng)于兩球間靜電力的大小。實驗結(jié)果：電荷之間的作用力隨電荷量增大而增大，隨距離的增大而減?。ǘㄐ裕?。（三）、庫侖定律1、庫侖定律：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上2、表達(dá)式3、適用條件A真空中B點電荷（理想模型）（1）.當(dāng)帶電體間距離比它們自身的大小大很多，當(dāng)帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們間作用力的影響可忽略不計時，可將其看做有電荷量的點（rR）（2）.均勻帶電球體或球殼對其外部點電荷的作用，r是兩球心間的距離（3）公式不適用于r0的情況4、注意：（1）k：比例系數(shù)，稱為靜電力常量。國際單位：，靜電力常量是一個與帶電體周圍介質(zhì)有關(guān)的量，真空中（空氣中近似相等），物理意義：兩個電荷量為1C的點電荷在真空中相距1m時，相互作用力是9.0×109N。課堂練習(xí)：估算一下，這么大的庫侖力相當(dāng)于多重的物體相距1米時的萬有引力？G=6.67×10-11Nm2/kg2 （1010kg）（2）使用庫侖定律計算時，點電荷電量用絕對值代入公式進(jìn)行計算，談后根據(jù)同性相斥、異性相吸判斷方向ABC（3）庫侖力（靜電力）具有自己獨特的大小和方向，同時它也具有力的一切性質(zhì)（獨立性、合成和分解時遵守平行四邊形定則，相互作用力）（四）、庫侖扭秤實驗實驗裝置和實驗原理如右圖所示。當(dāng)帶同種電的C球與A球靠近時，A球受到庫侖力的作用帶動金屬絲扭轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動上方的旋鈕使AB回到原位置，根據(jù)兩次刻度值差求出AC間的作用力的大小。庫侖扭秤測量出了靜電力常量的值。（五）、庫侖定律與萬有引力定律問題：分析庫侖扭秤實驗中小球在水平面內(nèi)受力狀況問題：兩球AC間的萬有引力是否影響扭秤扭轉(zhuǎn)？例1：已知氫核的質(zhì)量是1.67×10-27kg，電子的質(zhì)量是9.1×10-31kg，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為5.3×10-11m。試比較氫原子中氫核與電子之間的庫侖力和萬有引力在一般尺度下，帶電體間的庫侖力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬有引力，萬有引力的影響可以忽略。q1q3q2F1F2F練習(xí)1、真空中有三個點電荷，它們固定在邊長50cm的等邊三角形的三個頂點上，每個點電荷都是+2×10-6C，求它們各自所受的庫侖力例2、兩個半徑相同的金屬小球其球心間距r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于球半徑R，帶電荷量之比為1：7，兩者相互接觸后再放回原來位置上，則相互作用力可能為原來的（ ）A. 4/7B. 3/7C. 9/7D. 16/7變式1、 兩個相同的帶電導(dǎo)體小球所帶電荷量的比值為13，相距為r時相互作用的庫侖力的大小為F，今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處，則此時庫侖力的大小為：A、1/12F B、1/6F C、1/4F D、 1/3F 作業(yè)3、大小相同的金屬小球，所帶電量的值分別為Q1、Q2，且Q1=1/3Q2,把Q1,Q2放在相距較遠(yuǎn)的兩點，它們間的作用力大小為F，若使兩球相接觸后再分開放回原位置，求它們間作用力的大小練習(xí)2、要使真空中的兩個點電荷間的庫侖力增大到原來的4倍，下列方法中可行的是：（ ）A、每個點電荷的帶電量都增大到原來的2倍，電荷間 的距離不變B、保持點電荷的帶電量不變，使兩個電荷間的距離增大到原來的2 倍C、使一個點電荷的電荷量加倍，另一個點電荷的電荷量保持不變，同時將兩個點電荷間的距離減小為原來的1/2 D、保持點電荷的電荷量不變，將兩個點電荷的距離減小到原來的1/2 三、點電荷、帶電體的靜電平衡在真空中某處同時存在幾個點電荷、帶電體，由于相互間庫侖力的作用而保持平衡狀態(tài)的現(xiàn)象。處理方法：庫侖定律 受力分析題型一、如圖所示，用兩根同樣長的細(xì)繩把兩個帶同種電荷的小球懸掛在一點。兩球的質(zhì)量相等，A球所帶的電荷量大于B球所帶的電荷量。兩球靜止時，懸線與豎直線的偏角分別為和，則( ) A、 > B、 = C、 < baO練習(xí)1、兩小球用等長的絕緣細(xì)線懸掛于同一點O，兩小球因帶同號電荷而使球b懸線豎直地靠在墻上，a球被推開一定角度而平衡。今令其失去部分電量，結(jié)果角變小后又重新平衡，則關(guān)于懸線對a球的拉力大小變化情況為（ ）A.一定增大B.一定減小C.一定不變D.無法確定變式2、 如圖1所示，用兩根絕緣絲線掛著兩個質(zhì)量相同不帶電的小球A和B，此時，上、下絲線受的力分別為TA、TB；如果使A帶正電， 題型二、AB在一條直線上有兩個相距0.4m的點電荷A、B，A帶電荷量為+Q，B帶電荷量為-9Q?，F(xiàn)引入第三個點電荷C，恰好使三個點電荷處于平衡狀態(tài)。則C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷，電荷量為多少？三個點電荷平衡規(guī)律:三點共線，兩同夾異（同性在兩邊，異性在中間），兩大夾小，近小遠(yuǎn)大練習(xí)2、 A、B兩個點電荷，相距為r，A帶有9Q的正電荷，B帶有4Q的正電荷如果A和B固定，應(yīng)如何放置第三個點電荷q，才能使此電荷處于平衡狀態(tài)？如果A和B是自由的，又應(yīng)如何放置第三個點電荷，使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，且求第三個點電荷的電量q的大小及電性.結(jié)論：當(dāng)A、B已固定，只要求C球受力平衡，則C球的位置是唯一確定的，對其電量、電性無要求當(dāng)A、B未固定，要求三球均平衡，則對C球的位置、電量、電性都有要求作業(yè)4：將本題中B的電荷量改為4Q，其余不變F1AB變式1、光滑絕緣水平面上帶電小球A、B質(zhì)量分別為m1=2g，m2=1g，它們的電荷量相等，q1= q2=10-7C。A球帶正電，B球帶負(fù)電?，F(xiàn)在水平恒力F1向右作用于A球，這時A、B一起向右運動，且保持距離d=0.1m不變。試問：F1多大？它們?nèi)绾芜\動？作業(yè)5、如圖所示，在光滑絕緣的水平面上沿一直線等距離排列三個小球A、B、C，三球質(zhì)量均為m，相距均為L，若三球均帶電，且qA= + 10q，qB= + q，為保證三球間距不發(fā)生變化，將一水平向右的恒力F作用于C球，使三者一起向右勻速運動。求：（1）F的大??；（2）C球的電性和電量。練習(xí)2、在豎直放置的半徑為R的光滑半圓形絕緣細(xì)管的圓心O處放一點電荷?，F(xiàn)將質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球從半圓的水平直徑端點A靜止釋放，小球沿細(xì)管滑到最低點B時，對管壁恰好無壓力，則置于圓心處的點電荷帶什么電？電量大小為多少？拓展：如圖在正方形的三個頂點處各固定一個點電荷Q1、Q2,電性如圖，則在另一個頂點再放一個q電荷，要使q靜止，Q1、Q2的大小關(guān)系如何？ q的電荷量和電性能不能確定？小結(jié)：1、 自然界中的兩種電荷2、 3種起電方式接觸帶電電荷轉(zhuǎn)移摩擦起電電子得失感應(yīng)起電電荷重新分布3、 電荷守恒定律4、 庫侖定律（1）公式：FkQ1Q2/r2 k9.0×109N.m2/C2（2）條件：真空 點電荷：同質(zhì)點、單擺一樣，是一個理想化的模型，一個科學(xué)的抽象11