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2019-2020年高中物理 第一章電場(chǎng)電流 第1節(jié)　電荷庫(kù)侖定律教案 新人教版選修1-1 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1．知道兩種電荷及其相互作用．知道點(diǎn)電荷量的概念． 2．了解靜電現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因；知道原子結(jié)構(gòu),掌握電荷守恒定律 3．知道什么是元電荷． 4．掌握庫(kù)侖定律，要求知道知道點(diǎn)電荷模型，知道靜電力常量，會(huì)用庫(kù)侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算． （二）過(guò)程與方法 2、通過(guò)對(duì)原子核式結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)使學(xué)生明確摩擦起電和感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的電荷分開(kāi)．但對(duì)一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和不變。 3、類比質(zhì)點(diǎn)理解點(diǎn)電荷，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究庫(kù)侖定律并能靈活運(yùn)用 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)對(duì)本節(jié)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì)，認(rèn)識(shí)理想化是研究自然科學(xué)常用的方法,培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，認(rèn)識(shí)類比的方法在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛的應(yīng)用 重點(diǎn)：電荷守恒定律，庫(kù)侖定律和庫(kù)侖力 難點(diǎn)：利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問(wèn)題摩擦起電和感應(yīng)起電的相關(guān)問(wèn)題，庫(kù)侖定律的理解與應(yīng)用。 教具：絲綢，玻璃棒，毛皮，硬橡膠棒，絕緣金屬球，靜電感應(yīng)導(dǎo)體，通草球，多媒體課件 教學(xué)過(guò)程： 第1節(jié)　　電荷 庫(kù)侖定律（第1課時(shí)） （一）引入新課： 多媒體展示：閃電撕裂天空，雷霆震撼著大地。 師：在這驚心動(dòng)魄的自然現(xiàn)象背后，蘊(yùn)藏著許多物理原理，吸引了不少科學(xué)家進(jìn)行探究。在科學(xué)史上，從最早發(fā)現(xiàn)電現(xiàn)象，到認(rèn)識(shí)閃電本質(zhì)，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月，一些人還為此付出過(guò)慘痛的代價(jià)。下面請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真閱讀果本第2頁(yè)“接引雷電下九天”這一節(jié)，了解我們?nèi)祟悓?duì)閃電的研究歷史，并完成下述填空： 電閃雷鳴是自然界常見(jiàn)的現(xiàn)象，蒙昧?xí)r期的人們認(rèn)為那是“天神之火”，是天神對(duì)罪惡的懲罰，直到1752年，偉大的科學(xué)家___________冒著生命危險(xiǎn)在美國(guó)費(fèi)城進(jìn)行了著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，把天電引了下來(lái)，發(fā)現(xiàn)天電和摩擦產(chǎn)生的電是一樣的，才使人類擺脫了對(duì)雷電現(xiàn)象的迷信。 師強(qiáng)調(diào)：以美國(guó)科學(xué)家的富蘭克林為代表的一些科學(xué)家冒著生命危險(xiǎn)去捕捉閃電，證實(shí)了閃電與實(shí)驗(yàn)室中的電是相同的。 雷電是怎樣形成的？（大氣中冷暖氣流上下急劇翻滾，相互摩擦，云層就會(huì)積聚電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度，瞬間發(fā)生大規(guī)模的放電，就產(chǎn)生了雷電）物體帶電是怎么回事？電荷有哪些特性？電荷間的相互作用遵從什么規(guī)律？人類應(yīng)該怎樣利用這些規(guī)律？這些問(wèn)題正是本章要探究并做出解答的。 師：本節(jié)課我們重點(diǎn)研究了解幾種靜電現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因，電荷守恒定律 （二）新課教學(xué) 復(fù)習(xí)初中知識(shí)： 師：根據(jù)初中自然的學(xué)習(xí)，用摩擦的方法可使物體帶電，請(qǐng)舉例說(shuō)明。 生：用摩擦的方法。如：用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒，玻璃棒帶正電；用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒，橡膠棒帶負(fù)電。 演示實(shí)驗(yàn)１：先用玻璃棒、橡膠棒靠近碎紙屑，看有什么現(xiàn)象？然后用綢子摩擦玻璃棒或用毛皮摩擦橡膠棒，再靠近碎紙屑看有什么現(xiàn)象？讓學(xué)生分析兩次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的異同；并分析原因。 教師總結(jié)：摩擦過(guò)的物體性質(zhì)有了變化，帶電了或者說(shuō)帶了電荷。帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉啵驮酱?，能夠吸引輕小物體，我們說(shuō)此時(shí)物體帶了電。而用摩擦的方法使物體帶電就叫做摩擦起電。 人類從很早就認(rèn)識(shí)了摩擦起電的現(xiàn)象，例如公元1世紀(jì)，我國(guó)學(xué)者王充在《論衡》一書中就寫下了“頓牟掇芥”一語(yǔ)，指的是用玳琩的殼吸引輕小物體。 后來(lái)人們認(rèn)識(shí)到摩擦后的物體所帶的電荷有兩種：用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒的所帶的電荷是一種，用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒所帶的電荷是另一種。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 一、電荷： 1、自然界中的兩種電荷（富蘭克林命名） ①把用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷． ②把用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷． 2、電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． 3、電荷量：電荷的多少叫做電荷量．符號(hào)：Q或q 　　　單位：庫(kù)侖 符號(hào)：C “做一做”　驗(yàn)電器與靜電計(jì) 為了判斷物體是否帶電以及所帶電荷的種類和多少，從18世紀(jì)起，人們經(jīng)常使用一種叫驗(yàn)電器的簡(jiǎn)單裝置：玻璃瓶?jī)?nèi)有兩片金屬箔，用金屬絲掛在一條導(dǎo)體棒的下端，棒的上端通過(guò)瓶塞從瓶口伸出（圖甲）。如果把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼，這樣的驗(yàn)電器又叫靜電計(jì)（圖乙） 問(wèn)：是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端直接接觸時(shí)，金屬箔片才開(kāi)始張開(kāi)？解釋看到的現(xiàn)象？ 二、起電的方式及原因 　　1、摩擦起電 摩擦起電的原因：不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同．特別是離核較遠(yuǎn)的電子受到的束縛較小。當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 實(shí)質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移． 結(jié)果：兩個(gè)相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷．得到電子：帶負(fù)電；失去電子：帶正電 問(wèn)：摩擦起電有沒(méi)有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒(méi)有，摩擦起電是帶電粒子（如電子）從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 師：很多物質(zhì)都會(huì)由于摩擦而帶電，是否還存在其它的使物體起電的方式？在學(xué)習(xí)新的起電方式之前，我們先來(lái)學(xué)習(xí)金屬導(dǎo)體模型。 金屬導(dǎo)體模型也是一個(gè)物理模型P3（動(dòng)畫演示） 自由電子：脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)。 帶正電的離子：失去電子的原子，都在自己的平衡位置上振動(dòng)而不移動(dòng)。 2、感應(yīng)起電 【演示】取一對(duì)用絕緣柱支持的導(dǎo)體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，帖在下部的金屬箔是閉合的。 ①把帶正電荷的球C移近彼此接觸的異體A，B(參見(jiàn)課本圖1.1－1)．金屬箔有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到A，B上的金屬箔都張開(kāi)了，表示A，B都帶上了電荷．　　　　　　提出靜電感應(yīng)概念： （1）靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象。 規(guī)律：近端感應(yīng)異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷 （2）利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電． （3）提出問(wèn)題：靜電感應(yīng)的原因？ 帶領(lǐng)學(xué)生分析物質(zhì)的微觀分子結(jié)構(gòu)，分析起電的本質(zhì)原因：把帶電的球C移近金屬導(dǎo)體A和B時(shí)，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷。如上面的這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷． 【演示】 ②如果先把C移走，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A和B上的金屬箔就會(huì)閉合． ③如果先把A和B分開(kāi)，然后移開(kāi)C，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到金屬箔仍張開(kāi)，表明A和B仍帶有電荷； ④如果再讓A和B接觸，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：金屬箔就會(huì)閉合，表明他們就不再帶電．這說(shuō)明A和B分開(kāi)后所帶的是異種等量的電荷，重新接觸后等量異種電荷發(fā)生中和． 問(wèn)：感應(yīng)起電有沒(méi)有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒(méi)有。感應(yīng)起電而是使物體中的正負(fù)電荷分開(kāi)，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷。 上面我們學(xué)習(xí)了三種起電方式及起電的原因，我們思考一下，在起電過(guò)程中，有沒(méi)有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒(méi)有。 師：無(wú)論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是將正、負(fù)電荷分開(kāi),使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)造電荷. 得出電荷守恒定律． 三、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分． 師：電荷守恒定律是物理學(xué)中重要的基本定律之一。 四、元電荷 　　師：迄今為止，科學(xué)家實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。質(zhì)子、正電子所帶的電荷量與它相同，但符號(hào)相反。人們把這個(gè)最小的電荷量叫做元電荷。 元電荷：電子所帶的電荷量，用e表示。e =1.6010－19C 注意：迄今為止，發(fā)現(xiàn)所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。就是說(shuō)，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。 （三）小結(jié) 對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡(jiǎn)要的小結(jié) ●鞏固練習(xí) 1、關(guān)于元電荷的理解，下列說(shuō)法正確的是（　　?。? A．元電荷就是電子　　　　　　　　　　　　B．元電荷是表示跟電子所帶電量數(shù)值相等的電量 C．元電荷就是質(zhì)子　　　　　　　　　　　　D．物體所帶的電量只能是元電荷的整數(shù)倍 2、16 C電量等于________元電荷． 3、關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法，正確的是（　　　） A．只有體積很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷　　　　B．體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷 C．當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小及形狀對(duì)它們之間的相互作用力的影響可以忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看成點(diǎn)電荷 D．一切帶電體都可以看成點(diǎn)電荷 ●作業(yè) 第2課時(shí) 教學(xué)過(guò)程： （一）復(fù)習(xí)上課時(shí)相關(guān)知識(shí) 問(wèn)：什么是元電荷？　 答：電子所帶的電荷量，用e表示。e =1.6010－19C?！　　?qiáng)調(diào)是一個(gè)電荷量，不是一個(gè)電荷。 問(wèn)：上一節(jié)學(xué)過(guò)起電的方式有哪些？ 答：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電。 問(wèn)：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電有沒(méi)有違背電荷守恒定律？ 答：沒(méi)有。 問(wèn)：通過(guò)初中的學(xué)習(xí)，我們知道：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。這說(shuō)明電荷之間存在作用力，那么電荷之間的作用力大小與什么因素有關(guān)，有什么樣的規(guī)律？ 生：…… 師：我們這節(jié)課就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。 （二）新課教學(xué) 第2節(jié)、庫(kù)侖定律 提出問(wèn)題：電荷之間的相互作用力跟什么因素有關(guān)？ 【演示】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(guò)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(guò)絲線對(duì)豎直方向的偏角大小顯示出來(lái)。觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3 各點(diǎn)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。 提問(wèn)四：電荷間作用力大小跟什么有關(guān)？ 答：與電荷間距離及電量多少有關(guān)，電荷的作用力隨著距離的增大而減小，隨著電量的增大而增大。帶正電的物體和帶正電的小球之間的相互作用力的大小和方向． 【板書】：1、影響兩電荷之間相互作用力的因素：1．距離．2．電量． 師：電荷間的作用力隨電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小。這隱約使我們猜想：電荷間的作用力會(huì)不會(huì)與萬(wàn)有引力具有相似的形式呢？也就是說(shuō)，帶電體間的相互作用力，會(huì)不會(huì)與它們電荷量的乘積成正比，與它們間距離的二次方成反比？ 事實(shí)上，電荷間的作用力與引力的相似性早已此起當(dāng)年一些研究者的注意，卡文迪許和普里斯特利等人都確信“平方反比”規(guī)律適用于電荷間的力。 然而，他們也發(fā)現(xiàn)，引力與電荷間的力并非完全一樣，而且我們上面的實(shí)驗(yàn)也僅僅是定性的，并不能證實(shí)我們的猜想。這一科學(xué)問(wèn)題的解決是由法國(guó)學(xué)者庫(kù)侖完成的。 【板書】2、庫(kù)侖定律（1785年，法國(guó)物理學(xué)家．庫(kù)侖） 啟發(fā)與設(shè)問(wèn)： 18世紀(jì)法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲆惭芯苛诉@個(gè)問(wèn)題，他的猜想是 庫(kù)侖在前人研究的基礎(chǔ)上，先后克服了，困難一：電荷量的測(cè)量問(wèn)題和困難二：作用力的測(cè)量問(wèn)題，用實(shí)驗(yàn)研究了電荷之間的作用力，證實(shí)了這個(gè)猜測(cè)，并提出了以下的規(guī)律： 庫(kù)侖定律：（庫(kù)侖在前人工作的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究確認(rèn)） （1）內(nèi)容表述：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小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．作用力的方向在兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線上 （2）公式： 靜電力常量k = 9.0109Nm2/C2　　　　適用條件：真空中，點(diǎn)電荷——理想化模型 　?。?）電荷間這種相互作用叫做靜電力或庫(kù)侖力 【介紹】（1）關(guān)于“點(diǎn)電荷”，應(yīng)讓學(xué)生理解這是相對(duì)而言的，只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略，帶電體就可以看作點(diǎn)電荷．嚴(yán)格地說(shuō)點(diǎn)電荷是一個(gè)理想模型，實(shí)際上是不存在的．這里可以引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)的概念．容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是：只要體積小就能當(dāng)點(diǎn)電荷，這一點(diǎn)在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實(shí)例予以糾正． （2）要強(qiáng)調(diào)說(shuō)明課本中表述的庫(kù)侖定律只適用于真空，也可近似地用于氣體介質(zhì)，對(duì)其它介質(zhì)對(duì)電荷間庫(kù)侖力的影響不便向?qū)W生多作解釋，只能簡(jiǎn)單地指出：為了排除其他介質(zhì)的影響，將實(shí)驗(yàn)和定律約束在真空的條件下． 靜電力同樣具有力的共性，遵循牛頓第三定律，遵循力的平行四邊形定則． 可以看出，萬(wàn)有引力公式和庫(kù)侖定律公式在表面上很相似，表述的都是力，這是相同之處；它們的實(shí)質(zhì)區(qū)別是：首先萬(wàn)有引力公式計(jì)算出的力只能是相互吸引的力，絕沒(méi)有相排斥的力．其次，由計(jì)算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬(wàn)有引力比它們之間的靜電引力小的很多，因此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時(shí)，主要考慮靜電力，萬(wàn)有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計(jì)． 【小結(jié)】對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡(jiǎn)要的小結(jié) ●鞏固練習(xí) 1．真空中有兩個(gè)相同的帶電金屬小球A和B，相距為r，帶電量分別為q和2q，它們之間相互作用力的大小為F．有一個(gè)不帶電的金屬球C，大小跟A、B相同，當(dāng)C跟A、B小球各接觸一次后拿開(kāi)，再將A、B間距離變?yōu)?r，那么A、B間的作用力的大小可為：[ ] A．3F/64 B．0 C．3F/82 　　　　D．3F/16 2．如圖14－1所示，A、B、C三點(diǎn)在一條直線上，各點(diǎn)都有一個(gè)點(diǎn)電荷，它們所帶電量相等．A、B兩處為正電荷，C處為負(fù)電荷，且BC=2AB．那么A、B、C三個(gè)點(diǎn)電荷所受庫(kù)侖力的大小之比為_(kāi)_______． 3．真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，分別帶電q1=510-3C，q2=－210-2C，它們相距15cm，現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷，它應(yīng)帶電量為_(kāi)_______，放在________位置才能使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于靜止?fàn)顟B(tài)． 4．把一電荷Q分為電量為q和(Q－q)的兩部分，使它們相距一定距離，若想使它們有最大的斥力，則q和Q的關(guān)系是________． ●作業(yè)