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2019-2020年高中物理 1.2庫侖定律素材 新人教版選修3-1 教學(xué)建議 本節(jié)內(nèi)容的核心是庫侖定律,它不僅是電磁學(xué)的基本定律,也是物理學(xué)的基本定律之一。庫侖定律闡明了帶電體相互作用的規(guī)律,為整個(gè)電磁學(xué)奠定了基礎(chǔ)。 教科書在庫侖定律教學(xué)的處理上,首先通過“演示”欄目中“探究影響電荷間相互作用力的因素”的定性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入,在此基礎(chǔ)上,展示庫侖定律建立的歷史背景。一方面凸顯類比的方法在該定律建立過程中所起的重要作用;另一方面,庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn)是建立該定律的重要基礎(chǔ),該實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地證實(shí)了多位科學(xué)家的猜想。所以,本節(jié)的教學(xué)要特別注意實(shí)驗(yàn)教學(xué)。 教科書中的“演示”欄目,雖然介紹的是一個(gè)定性的演示實(shí)驗(yàn),但這個(gè)實(shí)驗(yàn)在本節(jié)課中的地位卻十分重要。因?yàn)樗粌H豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),而且體現(xiàn)了探究電荷間相互作用力與哪些因素有關(guān)的過程與方法。 在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,需要讓學(xué)生明確的是,該實(shí)驗(yàn)屬于定性研究,據(jù)此還不能得出庫侖定律。教學(xué)中有必要將庫侖定律建立的歷史背景加以介紹,目的是向?qū)W生傳達(dá)一個(gè)信息,即科學(xué)定律的建立僅憑實(shí)驗(yàn)事實(shí)還不夠,還需要推理、需要?jiǎng)?chuàng)新。科學(xué)家以廣博的知識(shí)和深刻的洞察力為基礎(chǔ)進(jìn)行的猜想,才是最有創(chuàng)造力的思維活動(dòng)。 對(duì)庫侖定律的教學(xué)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題: (1)知道點(diǎn)電荷的物理意義,以及在具體的物理情境中建立點(diǎn)電荷模型的條件,體驗(yàn)物理理想模型的研究方法,感悟科學(xué)研究中建立物理模型的重要意義。 (2)敘述庫侖定律的內(nèi)容不僅要說明靜電力的大小,而且要說明靜電力的方向。 (3)萬有引力與物體的質(zhì)量有關(guān),靜電力與電荷的電荷量有關(guān);萬有引力只存在引力,而靜電力既有引力也有斥力,說明了自然規(guī)律的多樣性。萬有引力定律與庫侖定律都遵循距離的“平方反比”規(guī)律,又說明了自然規(guī)律的統(tǒng)一性。 參考資料 法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。 1785年,庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了電學(xué)中著名的庫侖定律。同年,他在給法國科學(xué)院的《電力定律》的論文中 詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置、測試經(jīng)過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 庫侖的扭秤是由一根懸掛在細(xì)長線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩只平衡球構(gòu)成的。當(dāng)球上沒有力作用時(shí),棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個(gè)帶電,同時(shí)把另一個(gè)帶同號(hào)電荷的小球放在它附近,則會(huì)有靜電力作用在這個(gè)球上,球可以移動(dòng),使棒繞著懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),直到懸線的扭力與電的作用力達(dá)到平衡為止。因?yàn)閼揖€很細(xì),很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置,轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與力的大小成正比。庫侖讓可移動(dòng)球和固定球帶上不同量的電荷,并改變它們之間的距離: 第一次,兩球相距36個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為36度。 第二次,兩球相距18個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為144度。 第三次,兩球相距8.5個(gè)刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為575.5度。 上述實(shí)驗(yàn)表明,兩個(gè)電荷之間的距離為4∶2∶1時(shí),扭轉(zhuǎn)角為1∶4∶16.由于扭轉(zhuǎn)角的大小與扭力成反比,所以得到:兩電荷間的斥力的大小與距離的二次方成反比。庫侖認(rèn)為第三次的偏差是由漏電所致。 經(jīng)過巧妙的安排,仔細(xì)實(shí)驗(yàn),反復(fù)測量,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,找出誤差產(chǎn)生的原因,進(jìn)行修正,庫侖終于測定了帶等量同號(hào)電荷的小球之間的斥力。 但是對(duì)于異號(hào)電荷之間的引力,用扭秤來測量就遇到了麻煩。因?yàn)榻饘俳z扭轉(zhuǎn)的回復(fù)力矩僅與角度的一次方成比例,這就不能保證扭秤的穩(wěn)定。經(jīng)過反復(fù)的思考,庫侖發(fā)明了電擺。他利用與單擺相類似的方法測定了異號(hào)電荷之間的引力也與它們的距離的二次方成反比。 最后,庫侖找出了在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量及它們之間的距離的定量關(guān)系,這就是靜電學(xué)中的庫侖定律,即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比,與兩者距離的二次方成反比。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律,它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段,是電學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。