2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.2《靜電力 庫倫定律》 WORD教案1.doc

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第二節(jié) 2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.2靜電力 庫倫定律 WORD教案1【教學(xué)目的】（1）知道點電荷，體會科學(xué)研究中的理想模型方法。（2）了解兩種電荷間的作用規(guī)律，掌握庫侖定律的內(nèi)容及其應(yīng)用?！窘虒W(xué)重點】掌握真空中點電荷間作用力大小的計算及方向的判定庫侖定律【教學(xué)難點】真空中點電荷間作用力為一對相互作用力，遵從牛頓第三定律【教學(xué)媒體】1、 演示實驗：有機(jī)玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒、鋁箔包好的草球、表面光滑潔凈的絕緣導(dǎo)體、絕緣性好的絲線、絕緣性好的支架、鐵架臺。2、 課件：庫侖扭秤實驗?zāi)M動畫?！窘虒W(xué)安排】【新課導(dǎo)入】從上節(jié)課我們學(xué)習(xí)到同種電荷相吸引，異種電荷相排斥，這種靜電荷之間的相互作用叫做靜電力。力有大小、方向和作用點三要素，我們今天就來具體學(xué)習(xí)一下靜電力的特點?！拘抡n內(nèi)容】1. 靜電力的三要素的探究/點電荷模型（1） 靜電力的作用點作用在電荷上，如果電荷相對于物體不能自由移動，則所有電荷受力的合力就是帶電體的受力（可視為作用在物體的電荷中心上，怎么找電荷的中心呢？如果形狀規(guī)則的物體所帶電荷又是均勻分布的話，電荷中心可看作在物體的幾何中心上。如：右圖1為一均勻帶電的環(huán)性物體，其電荷可看集中在圓心處）圖1（2） 靜電力的方向沿著兩電荷的連線。（3） 靜電力的大小（電荷A對B與B對A的力等大反向，與所帶電荷多少無關(guān)）i. 猜想：可能與哪些因素有關(guān)，說出猜測的理由？（與電荷所帶電量有關(guān)，電量越大，力越大，理由放電導(dǎo)致電量減小后，驗電器的金箔張角減小說明斥力減??；也與電荷間的距離有關(guān)，帶電物體靠近時才能吸引輕小物體，離的遠(yuǎn)時吸不起來）ii. 定性實驗：如圖2，先把表面光滑潔凈的絕緣導(dǎo)體放在A處，然后把鋁箔包好的草球系在絲線下，分別用絲綢摩擦過的玻璃棒給導(dǎo)體和草球帶上正電，把草球先后掛在P1、P2、P3的位置，帶電小球受到A 的作用力的大小可以通過絲線對豎直方向的偏角大小顯示出來。觀察實驗發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3 各點受到的A的作用力依次減??；再增大絲線下端帶電小球的電量，觀察實驗發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。教師總結(jié)：該實驗說明了電荷之間的相互作用力大小與電量的大小、電荷間距離的大小有關(guān)，電量越大，距離越近，作用力就越大；反之電量越小，距離越遠(yuǎn)，作用力就越小。作用力的方向，可用同種電荷相斥，異種電荷相吸的規(guī)律確定。教師補(bǔ)充說明，考慮到帶電體的受力是所帶電荷受力的合力的問題，這個靜電力大小其實還會與物體的體積、形狀、電荷分布有關(guān)。因此，我們今天只研究一個簡化的模型點電荷。（回顧：質(zhì)點的概念，當(dāng)物體的形狀與兩物體間的距離相比可以忽略的時候，可以忽略物體的形狀和大小，將物體看做質(zhì)點。）板書：1、當(dāng)帶電體的尺寸與它們之間的距離相比可以忽略的時候，可以將帶電體看作點電荷。什么是點電荷？簡而言之，帶電的質(zhì)點就是點電荷。點電荷的電量、位置可以準(zhǔn)確地確定下來。正像質(zhì)點是理想的模型一樣，點電荷也是理想化模型。真正的點電荷是不存在的，但是，如果帶電體間的距離比它們的大小大得多，以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看成點電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個處于該球球心，帶電量與該球相同的點電荷。iii. 如何設(shè)計實驗來尋找關(guān)系式？（方法控制變量）先要保持帶電物體的電荷大小不變，改變其距離，探究靜電力與距離的關(guān)系，然后再保持兩物體間距不變，改變電量，探究靜電力與電量大小的關(guān)系。問題1如何測量靜電力的大??？（可參考前面定性實驗的方法，將帶電體用細(xì)絲線吊起來，就可從偏角的大小和重力的大小計算出電場力的大小。）問題2如何改變電量？（可反復(fù)用與A完全相同的不帶電金屬球來接觸A，使A的電量不斷減為原來的1/2，1/4。iv. 庫侖扭秤實驗：（參考人教社的課本內(nèi)容）我國東漢時期就發(fā)現(xiàn)了電荷，并已定性掌握了電荷間的相互作用的規(guī)律。而進(jìn)一步將電荷間作用的規(guī)律具體化、數(shù)量化的工作，則是兩千年之后的法國物理學(xué)家?guī)靵?，他用精確實驗研究了靜止的點電荷間的相互作用力。于1785年發(fā)現(xiàn)了后來用他的名字命名的庫侖定律。試參照卡文笛許扭秤，說出庫侖扭秤的實驗原理。2. 庫侖定律（1） 庫侖定律的內(nèi)容和意義：庫侖實驗的結(jié)果是：在真空中兩個電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。若兩個點電荷q1，q2靜止于真空中，距離為r，如圖3所示，則q1受到q2的作用力F12為板書：2、庫侖定律（1）真空中兩個點電荷的庫侖力（靜電力）q2受到q1 的作用力F21與F12互為作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，統(tǒng)稱靜電力，又叫庫侖力。若點電荷不是靜止的，而是存在相對運(yùn)動，那么它們之間的作用力除了仍存在靜電力之外，還存在相互作用的磁場力。關(guān)于磁場力的知識，今后將會學(xué)到。（2） 庫侖定律適用于真空中兩個點電荷之間的相互作用力。板書：（2）庫侖定律的適用條件：真空中，兩個點電荷之間的相互作用。當(dāng)帶電體大小和它們之間的距離相比可以忽略時，可理解為帶電體只為一點，電荷集中于該點，r即為兩個帶電體之間距離。這時可用庫侖定率。當(dāng)帶電體是均勻帶電的球體時也可使用庫侖定律，r可視為球心連線距離。不均勻就不能使用。當(dāng)帶電體大小與它們距離相比不可忽略時，電荷不能視為集中一點，r不能確定，不適用庫侖定律。這時要求兩帶電體間的相互作用，就要用到力的合成的辦法。例1：手冊P9/3：半徑為R的兩個較大金屬球放在絕緣桌面上，若兩球都帶等量同種電荷Q時相互之間的靜電力為F1，兩球帶等量異種電荷Q和-Q時相互作用的靜電力為F2，則比較F1和F2的大小為：F1 F2。（3） 式中的K是非常重要的物理常數(shù)，叫做靜電力恒量，數(shù)值為板書：（3），這個大小是用實驗方法確定的。其單位是由公式中的F、Q、r的單位確定的，使用庫侖定律計算時，各物理量的單位必須是：F：N、Q：C、r：m。如果兩個1C的點電荷在真空中相距1m時產(chǎn)生的庫侖力是（大約一百萬噸的物體的重）。（可見，一方面庫侖是很大的單位，梳子和頭發(fā)摩擦的帶電量只有不到10-6C，但云層閃電前的電量可達(dá)幾百庫侖，另一方面也說明靜電力比引力強(qiáng)大的多。）（4） 公式計算時不要代入電量的符號，因為計算出的正負(fù)只能代表靜電力是吸引還是排斥，而不能揭示力的真正方向。而且公式, F是Q1對Q2的作用力，也是Q2對Q1的作用力的大小，是一對作用力和反作用力，即大小相等方向相反。不能理解為Q1Q2，受的力也不等。例2：已知點電荷A電量是B點電荷的2倍，則A對B作用力大小跟B對A作用力的比值為（ C ） A.2:1B.1:2C.1:1D.不一定例3：兩個質(zhì)量都是m的小球，都用細(xì)線拴在同一點，兩細(xì)線長度相等，兩球都帶上正電荷，但甲球電量比乙球多，平衡時兩細(xì)線分別與豎直方向夾角為1和2，則二者相比，1_2。（答：=）（5） 庫侖力也稱為靜電力，它具有力的共性。它與高一時學(xué)過的重力，彈力，摩擦力是并列的。它具有力的一切性質(zhì)，它是矢量，合成分解時遵從平行四邊形法則，與其它的力平衡，使物體發(fā)生形變，產(chǎn)生加速度。3. 庫侖定律與萬有引力定律的比較：庫侖定律是電磁學(xué)的基本定律之一。它的建立既是實驗經(jīng)驗的總結(jié)，也是理論研究的成果。特別是力學(xué)中引力理論的發(fā)展，為靜電學(xué)和靜磁學(xué)提供了理論武器，使電磁學(xué)少走了許多彎路，直接形成了嚴(yán)密的定量規(guī)律。但是如果不是先有萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，單靠實驗具體數(shù)據(jù)的積累，不知要到何年才能得到嚴(yán)格的庫侖定律的表達(dá)式。實際上，整個靜電學(xué)的發(fā)展，都是在借鑒和利用引力理論的已有成果的基礎(chǔ)上取得的。我們將從下表中來系統(tǒng)的認(rèn)識這兩大定律的關(guān)系，增強(qiáng)我們對這兩大定律的認(rèn)識與記憶，以便我們在今后的學(xué)習(xí)當(dāng)中更好的運(yùn)用。 萬有引力庫侖力公式F=Gm1m2/r2F=Kq1q2/r2產(chǎn)生原因只要有質(zhì)量就有引力，因此稱為萬有引力存在于電荷間，不光有吸引也可能有排斥相互作用吸引力與它們質(zhì)量積成正比庫侖力與它們的電量積成正比相似遵從牛頓第三定律與距離的關(guān)系為平方反比4. 庫侖定律的應(yīng)用例4：兩個完全相同的均勻帶電小球，分別帶電量q1=2C正電荷，q2=4C負(fù)電荷，在真空中相距為r且靜止，相互作用的靜電力為F。（1）今將q1、q2、r都加倍，相互作用力如何變？（作用力不變）（2）只改變兩電荷電性，相互作用力如何變？（作用力不變）（3）只將r 增大4倍，相互作用力如何變？（作用力變?yōu)?F25，方向不變。）（4）將兩個小球接觸一下后，仍放回原處，相互作用力如何變？（接觸后電量先中和，后多余電量等分，作用力大小變?yōu)?F8，方向由原來的吸引變?yōu)橥瞥猓?）接上題，為使接觸后，靜電力大小不變應(yīng)如何放置兩球？（將帶電體間距離變?yōu)椋?。?：如圖所示，把質(zhì)量為0.2克的帶電小球A用絲線吊起，若將帶電量為410-8C的小球B靠近它，當(dāng)兩小球在同一高度時且相距3cm，絲線與豎直方向夾角為45,此時小球B受到庫侖力F=_。小球A帶的電量qA=_。解析：根據(jù)題給的條件，可知小球A處于平衡狀態(tài)，分析小球A受力情況如下圖所示。小球重力mg。絲線拉力T和小球B對小球A的靜電力F的合力為零。（物體的平衡條件是關(guān)鍵）題中小球A，B都視為點電荷，它們之間相互吸引，其作用力大小=小球B受到庫侖力與小球A受到庫侖力為作用力和反作用力，所以小球B受到的庫侖力大小為210-3N。小球A與小球B相互吸引，B帶正電，小球A帶負(fù)電，所以qA=-0.510-8C（負(fù)號不可缺少）例6：兩個正電荷q1與q2電量都是3C，靜止于真空中，相距r=2m。（1）在它們的連線AB的中點O放入正電荷Q，求Q受的靜電力。（2）在O點放入負(fù)電荷 Q，求Q受的靜電力。（1）（2）題電荷Q受力為零。）（3）在連線上A點的左側(cè) C點放上負(fù)點電荷q3，q3=1C且AC=1m，求q3所受靜電力。解 當(dāng)一個點電荷受到幾個點電荷的靜電力作用時，可用力的獨立性原理求解，即用庫侖定律計算每一個電荷的作用力，就像其他電荷不存在一樣，再求各力的矢量和。（3）q3受引力F31與引力F32，方向均向右，合力為： 例7：如圖所示，等邊三角形ABC，邊長為L，在頂點A、B處有等量異性點電荷QA,QB,，QA=+Q,QB=-Q，求在頂點C處的點電荷QC所受的靜電力。解析：分析QC受幾個力，確定各力大小和方向。因QB的存在QA對QC的作用力，還遵守庫侖定律嗎？QC題目中沒有交待電性，解答時就需考慮兩種情況，即QC為正電，QC為負(fù)電。當(dāng)QC為正電時，受力情況如中圖所示，QA、QB對QC的作用力大小和方向都不因其它電荷的存在而改變，仍然遵守庫侖定律的規(guī)律。QA對QC作用力：，同性電荷相斥。QB對QC作用力：，異性電荷相吸。QA=QB=QFA=FB根據(jù)平行四邊形法則，QC受的力F1即為FA、FB的合力，根據(jù)幾何知識可知，QC受力的大小，F(xiàn)1=FA=FB=，方向為平行AB連線向右。當(dāng)QC為負(fù)電時，如圖3所示。方向平行AB連線向左。從本題解答可知：(1)靜電力合成分解時遵守平行四邊形法則。(2)題中不交待電性時，需根據(jù)題給的條件判斷其電性，若不能判斷電性，應(yīng)按兩種情況處理。(3)求靜電力時要計算其大小還要回答力的方向。例8：相距為L的點電荷A、B的帶電量分為+4Q和-Q，要引進(jìn)第三個點電荷C，使三個點電荷在庫侖力作用下都能處于平衡狀態(tài)，試求C電荷的電量和放置的位置？解析：如圖所示，首先分析點電荷C可能放置的位置，三個點電荷都處于平衡，彼此之間作用力必須在一條直線上，C只能在AB決定的直線上，不能在直線之外。而可能的區(qū)域有3個，一是AB間，A與B帶異性電荷互相吸引，C電荷必須與A、B均產(chǎn)生推斥力，這不可能。二是在BA連線的延長線上，此時C離A近，A帶電荷又多，不能同時使A、B處于平衡。三是AB延長線，放B的右側(cè)能滿足A、B同時處于平衡，C同時也平衡。設(shè)：點電荷C置于B的右側(cè)且距離B為x，帶電荷為q，則（A處于平衡） （B處于平衡）解方程：q=4Q，x=L本題的解答過程，要求學(xué)生能熟練使用庫侖定律，物體的平衡條件。同時要求學(xué)生有比較強(qiáng)的分析問題，解決問題的能力。【課堂練習(xí)】庫侖定律的應(yīng)用【課后作業(yè)】1、 第一課時：完成點電荷概念、庫侖定律的教學(xué)，熟悉公式，初步應(yīng)用定律結(jié)合平衡條件解題課本P14-12、3、，教材全練P3-42、 第二課時：鞏固庫侖定律，會用疊加解靜電力的合成，進(jìn)一步應(yīng)用力學(xué)知識與定律綜合解題課本P144、5，教材全練P5-6【課后反思】