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2019-2020年高中物理 《電荷 庫侖定律》教學設計 新人教版選修1-1 　　教材：人教版高中物理選修1-1第1章第1節(jié) 　　課題：電荷庫侖定律 　　課時：2課時 　　一、教材分析 　　1．庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律，又是學習電場強度的基礎，不僅要求學生定性知道，而且還要求定量了解和應用。 　　2．本節(jié)摩擦起電、兩種電荷的相互作用、電荷量的概念初中已接觸，已經(jīng)有了一定的基礎，在復習初中知識的基礎上，應著重從原子結(jié)構(gòu)的角度講解物體帶電的本質(zhì)。 　　3．通過對使物體帶電的方法接觸起電、摩擦起電和感應起電的分析，讓學生體會到使物體帶電的實質(zhì)是電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而打破了物體的電中性，失去電子的物體帶上了正電荷，得到電子的物體帶上了負電荷。過渡到電荷守恒定律，水到渠成，對高中學生而言很容易接受，進一步鞏固守恒思想。 　　4．在分析思考的過程中學生體會到電荷守恒定律以及元電荷的概念。同時教學中滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的思想。 　　5．展示庫侖定律的內(nèi)容和庫侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過程，并強調(diào)該定律的條件和遠大意義。 　　二、學情分析 　　學生在初中已經(jīng)學習了電學的基本知識，為過渡到本節(jié)的學習起著鋪墊作用，學生已具備了一定的探究能力、邏輯思維能力及推理演算能力。能在老師指導下通過觀察、思考，發(fā)現(xiàn)一些問題和解決問題。因此有必要把初中學過的兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識復習一下。 　　三、教學方法分析及建議 　　1．在學生初中學習的基礎上，可以通過演示實驗或者媒體播放復習并鞏固電荷的有關知識；先運用教材上給出的簡單易行的實驗，讓學生觀察摩擦后的塑料片之間的相互作用力，猜想作用力的大小跟哪些因素有關；然后通過實驗定性驗證猜想是否正確，并在這個基礎上介紹庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程。 　　2．講解點電荷時，可以對照質(zhì)點的概念進行講解，要講清點電荷是一種理想化的物理模型。 　　3．物理發(fā)展史上的重要概念及重大規(guī)律的建立都是經(jīng)科學家艱辛的探索而完成的，都是對原有思維方式突破的結(jié)果，體現(xiàn)出了科學家的創(chuàng)造性。如何充分利用這寶貴的素材，需要教師創(chuàng)設問題情景對學生“誘思”、“導思”，在本節(jié)課中，對庫侖定律得出過程進行了嘗試。 　　4．利用“思考與討論”的問題，比較庫侖定律與萬有引力定律的異同。 　　5．要做好演示實驗，使學生清楚地知道什么是靜電感應現(xiàn)象。在此基礎上，使學生知道，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，使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，進一步說明電荷守恒定律。 　　四、教學目標 　?。ㄒ唬┲R與技能 　　1．了解人類對電現(xiàn)象的認識過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學方法、科學態(tài)度和科學精神。 　　2．了解元電荷的大小，了解電荷守恒定律，知道摩擦起電和感應起電的實質(zhì)不是創(chuàng)造電荷，而是電荷的轉(zhuǎn)移。 　　3．理解庫侖定律的含義和表達式，知道靜電常量。了解庫侖定律的適用條件，學習用庫侖定律解決簡單的問題。 　　4．滲透理想化思想，培養(yǎng)由實際問題進行簡化抽象思維建立物理模型的能力。 　?。ǘ┻^程與方法 　　1．教師通過實驗法、問題教學法啟發(fā)學生理解抽象的電荷知識。 　　2．通過認識科學家在了解自然的過程中常用的科學方法，培養(yǎng)學生善用類比方法、理想化方法、實驗方法等物理學習方法。 　?。ㄈ┣楦袘B(tài)度與價值觀 　　1．通過閱讀材料，展示物理學發(fā)展中充滿睿智和靈氣的科學思維，弘揚前輩物理學家探尋真理的堅強意志和科學精神。 　　2．通過對比天電和地電、以及定性和定量、神學和科學對電現(xiàn)象的認識，使學生了解人類對電荷的認識過程，培養(yǎng)學生探索大自然的興趣。 　　3．通過對庫侖定律探究過程的討論，使學生掌握科學的探究方法，激發(fā)學生對科學的熱情。 　　五、本節(jié)要點 　　1．什么是靜電現(xiàn)象？電荷間的相互作用是什么？什么叫電荷量？ 　　2．什么是感應起電現(xiàn)象？什么叫中和現(xiàn)象？ 　　3．電荷守恒定律的內(nèi)容是什么？什么叫元電荷？ 　　4．庫侖定律的內(nèi)容是什么？適用條件是什么？ 　　六、教學重難點分析 　　（一）重點 　　1．對庫侖定律的理解。 　　（二）難點 　　1．對電荷這一抽象概念的理解； 　　2．對庫侖定律發(fā)現(xiàn)過程的探討。 　?。ㄈ┩黄浦?、難點的方法 　　1．講清庫侖定律及適用條件，說明庫侖力符合力的特征，遵守牛頓第三定律。 　　2．為定性演示庫侖定律，應使帶電小球表面光滑，防止尖端放電，支架應選絕緣性能好的，空氣要干燥。 　　3．說清K的單位由公式中各量單位確定，其數(shù)值則由實驗確定。 　　七、教學流程設計 　　（一）新課引入 　?。ǘ嗝襟w展示電磁學的發(fā)展史） 　　古代人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有關靜電現(xiàn)象，主要是梳頭或者是羊毛、絲、棉類的衣物摩擦有閃光及聲音；古希臘人發(fā)現(xiàn)琥珀可以吸引輕小物體。 　　英國的吉爾伯特（1544—1603）是最早系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的科學家。他發(fā)現(xiàn)琥珀和磁鐵都能夠吸引物體，不過性質(zhì)不同，經(jīng)過研究，他發(fā)現(xiàn)許多其他物體經(jīng)過摩擦后也都能夠吸引其他小物體。引入（electric）（琥珀體）還發(fā)明了可供實驗用的驗電器。 　　德國的奧托格里克（1602—1686），馬德堡市市長，1654年曾用自己發(fā)明的抽氣機做了馬德堡半球?qū)嶒灒?660年發(fā)明了第一臺可產(chǎn)生大量電荷的摩擦起電機。有了這樣的機器，因而做成了各種各樣的電火花實驗；還有讓人身體帶電的實驗；這使得18世紀40年代的德國整個社會都對電現(xiàn)象感興趣，許多人購買了摩擦起電機做實驗作為娛樂，同時也大大普及了電學知識。電學知識在整個歐洲各國都普及起來。 　　法國電學家諾萊特在巴黎圣母院前進行，他請700個修道士手拉手地排起來，讓排頭的手拿萊頓瓶放電時，發(fā)現(xiàn)700個修道士同時跳了起來，顯示了電的強大威力。 　　富蘭克林的風箏實驗，證明了雷電是一種放電現(xiàn)象，在此基礎上，發(fā)明了避雷針。 　?。ǘ┻M行新課 　　1．接引雷電下九天──富蘭克林發(fā)明避雷針的故事 　　1752年7月的一天，在北美洲的費城，一位名叫富蘭克林的科學家，做了一個轟動世界的實驗：這天下午，天色陰暗，烏云滾滾。天空中不時閃爍著青白色的電光，傳來一陣陣沉悶的雷聲，眼看一場可怕的大雷雨就要來臨了。 　　“這是最合適的天氣！”富蘭克林和他的兒子威廉帶著風箏和萊頓瓶（一種可充放電的容器），奔向郊外田野里的一間草棚。 　　這可不是一只普通的風箏：它是用絲綢做成的，在它的頂端綁了一根尖細的金屬絲，作為吸引閃電的“接收器”；金屬絲連著放風箏用的細繩，這樣細繩被雨水打濕后，也就成了導線；細繩的另一端系上綢帶，作為絕緣體（要干燥），避免實驗者觸電；在綢帶和繩子之間，掛有一把鑰匙，作為電極。 　　富蘭克林和他的兒子連忙乘著風勢，將風箏放上了天。風箏，像一只矯健的鳥兒，漸漸地飛到云海中。 　　父子倆躲在草棚的屋檐下，手中緊握著沒有被雨水淋濕的綢帶，目不轉(zhuǎn)睛地觀察著風箏的動靜。 　　突然，天空中掠過一道耀眼的閃電。富蘭克林發(fā)現(xiàn)，風箏引繩上的纖維絲一下子豎立起來。這說明，雷電已經(jīng)通過風箏和引繩傳導下來了。富蘭克林高興極了，他禁不住伸出左手，觸碰一下引繩上的鑰匙。“哧”的一聲，一個小小的藍火花跳了出來。 　　“這果然是電！”富蘭克林興奮地叫了起來。 　　“把萊頓瓶拿過來?！备惶m克林對威廉喊道。他連忙把引繩上的鑰匙和萊頓瓶連接起來。萊頓瓶上電火花閃爍。這說明萊頓瓶充了。 　　事后，富蘭克林用萊頓瓶收集的雷電，做了一系列的實驗，進一步證實了雷電與普通電完全相同。 　　富蘭克林的這一風箏實驗，徹底地擊碎了閃電是“上帝之火”、“煤氣爆炸”等流行的說法，使人們真正認識到雷電的本質(zhì)。因此，人們說：“富蘭克林把上帝與閃電分了家?！? 　　富蘭克林的風箏實驗絕不是一時沖動所做的。早在數(shù)年前，他就致力于電的研究，并在當時人們不知“電為何物”的時代，指出了電的性質(zhì)。 　　在一次研究的意外事件中，他得到啟迪。有一次，他把幾只萊頓瓶連在一起，以加大電容量。不料，實驗的時候，守在一旁的妻子麗德不小心碰了一下萊頓瓶，只聽得“轟”的一聲，一團電火花閃過，麗德被擊中倒地，面色慘白。她因此休息了一個星期身體才得到康復。 　　“萊頓瓶發(fā)出的轟鳴聲，放出的電火花，不是和雷電一樣嗎？”富蘭克林大膽地提出這個設想。經(jīng)過反復思考，他推測雷電就是普通的電，并找出它們兩者間的12條相同之處：都發(fā)亮光；光的顏色相同；閃電和電火花的路線都是曲折的；運動都極其迅速；都能被金屬傳導；都能發(fā)出爆炸聲或噪聲；都能在水或冰塊中存在；通過物體時都能使之破裂；都能殺死動物；都能熔化金屬；都能使易燃物燃燒；都放出硫磺氣味。 　　1747年，富蘭克林把他的這些想法，寫成論文《論雷電與電氣的一致性》。他將論文寄給他的朋友、英國皇家學會會員科林遜?？僧斂屏诌d將論文送交皇家學會討論時，得到的是一陣嘲笑。許多權(quán)威科學家認為富蘭克林的觀點荒唐無比，“把科學當作兒童的幻想”。 　　對于權(quán)威人士的嘲笑、奚落，富蘭克林不予理睬，終于在做好各種準備的情況下，冒著生命危險，做了風箏實驗。 　　富蘭克林從風箏實驗中，不但了解了雷電的性質(zhì)，而且證實：雷電是可以從天空“走”下來的?！案叽蠼ㄖ锍３Ｔ獾嚼讚?，能不能給雷電搭一個梯子，讓它乖乖地‘走’下來呢？”富蘭克林想。 　　正當富蘭克林思考這一問題的時候，不幸從俄國彼得堡傳來消息：1753年7月26日，科學家利赫曼為了驗證富蘭克林的實驗，在操作時，不幸被一道電火花擊中身亡。這更堅定了富蘭克林研制避免雷擊裝置的決心。 　　他先在自己家做實驗：在屋頂高聳的煙囪上，安裝一根3米長的尖頂細鐵棒；在細鐵棒的下端綁上金屬線；沿著樓梯，把金屬線引到底樓的一個水泵上（水泵與大地有接觸）；將經(jīng)過房間的那段金屬線分成兩段，且將兩股線相隔一段距離，各掛一個小鈴。這樣，如果雷電從細鐵棒進入，經(jīng)過金屬線進入大地，那么，兩股線受力，小鈴就會晃蕩，發(fā)出響聲。 　　一天，電閃雷鳴，暴風雨就要來了。在雷聲、雨聲的“伴奏”下，守候在房間小鈴旁的富蘭克林，聽到了小鈴發(fā)出的清脆、悅耳的聲音。他高興地笑了。 　　富蘭克林把那根細鐵棒稱為“避雷針”。 　　避雷針的問世，引起了教會的反對。他們認為：“裝在屋頂?shù)募鈼U指向天空是對上帝的不敬?！薄案缮嫔系鄣氖?，對上帝指手劃腳，是要受上帝懲罰的?！? 　　然而，有一次在一場雷雨之后，神圣的教堂著火了，而裝有避雷針的房屋卻平安無事。于是，避雷針的作用被人們認識，避雷針也很快地傳開了。至1784年，全歐洲的高樓頂上都用上了避雷針。 　　富蘭克林的發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一了天電和地電，破除了人們對雷電的迷信。儲存了天電的萊頓瓶可以產(chǎn)生一切地電所能產(chǎn)生的現(xiàn)象，這就證明了天電與地電是一樣的。 　　2．電荷 　?。ㄓ锰釂柕姆椒◤土暢踔袑W過的知識） 　　演示：用和絲綢摩擦后的玻璃棒去接觸驗電器的金屬球，發(fā)現(xiàn)箔片張開，表明玻璃棒帶了電。 　　師問：摩擦起電現(xiàn)象是什么？有什么特點？ 　　生答：摩擦過的物體具有了吸引輕小物體的性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫摩擦起電，這樣的物體就帶了電。 　　師問：自然界中存在哪幾種形式的電荷？摩擦起電中跟絲綢摩擦過的玻璃棒帶什么電？跟毛皮摩擦過的橡膠棒又帶什么電？ 　　生答：正負兩種電荷，玻璃棒帶正電，橡膠棒帶負電。 　　師問：電荷間的相互作用是什么？ 　　生答：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 　　師問：它們所帶的電荷的多少叫什么？單位是什么？ 　　生答：電荷量（Q），單位是：庫侖（C） 　　師問：這種使物體帶電的方法叫什么？ 　　生答：摩擦起電。 　?。ń處熡抿炿娖餮菔掘炞C摩擦起電和接觸起電） 　　3．帶電本質(zhì) 　　教師：引導學生閱讀教材最后一段有關物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的描述，思考和回答問題： 　?。?）物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？摩擦起電的原因是什么？ 　?。?）什么是自由電子，金屬成為導體的原因是什么？ 　　學生：積極閱讀教材，思考并回答問題。 　　教師引導學生總結(jié)出：帶電的本質(zhì)是電子的得失。 　　4．起電方式 　　師問：使物體帶電方式有哪些？ 　　生答：摩擦起電、接觸起電。 　　師問：除了摩擦起電、接觸起電外，還有沒有可以使物體帶上電的方法？ 　　生答：人們發(fā)現(xiàn)還有感應起電。 　　教師：1．做課本演示實驗1．1-4，觀察在帶正電的C向A、B靠近時，A、B的箔片張開情況． 　　2．分析現(xiàn)象并結(jié)合檢驗，得到A、B分別帶上了負電荷和正電荷。 　　3．把電荷移近不帶電的物體，使物體帶電的方法，叫感應起電，這種現(xiàn)象叫靜電感應。 　　師生共同分析感應起電的實質(zhì)：是使物體中的正負電荷分開，電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 　　師問：摩擦起電、接觸起電、感應起電三種起電方式的微觀機理是否相同？起電實質(zhì)是什么？ 　　生歸納總結(jié)：1．摩擦起電：原因是電子的轉(zhuǎn)移。 　　2．接觸起電：原因仍是電子的轉(zhuǎn)移。（同時弄清楚了電量均分現(xiàn)象和中和現(xiàn)象。） 　　3．感應起電：仍是電子的轉(zhuǎn)移。 　　5.電荷守恒 　　通過三種起電方式原因的分析，由學生總結(jié)得出起電過程中電荷守恒： 　　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，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量保持不變。 　　并與能量守恒定律、動量守恒定律等相類比，指出他們都是自然界中普遍存在的規(guī)律。（指導學生學習中也要有知識的遷移、總結(jié)、類比、融會貫通。） 　　做出電荷守恒定律的另一表述： 　　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。 　　過渡語：這是物理學中重要的基本定律之一。通過前面的學習，清楚了物體帶電的本質(zhì)，而一個帶電體究竟帶多少電？經(jīng)過大量實驗證明，所有帶電體的電荷量或者等于電荷量e或者是電荷量e的整數(shù)倍。 　　6．元電荷 　?。▽W生閱讀教材相關內(nèi)容）回答下列問題： 　　1．電荷的多少如何表示？它的單位是什么？ 　　2．什么是元電荷？一個電子就是一個元電荷嗎？ 　　3．元電荷的數(shù)值是多少？它的數(shù)值最早是由哪位物理學家測定的？ 　　學生總結(jié)得出： 　　1．元電荷：人們把自然界中最小電荷叫做元電荷，電荷量為1．610-19C。 　　2．元電荷是電荷量的單位（1．610-19C作為一個電荷量單位），不是指某電荷。 　　3．電子和質(zhì)子的電荷量均為e，所有帶電體的電荷量等于e或者是e的整數(shù)倍。 　　7．庫侖定律 　　1．學生做1．1-5實驗，反復多做幾次，猜想它們之間的作用力的大小可能與哪些因素有關？ 　　2．教師演示1．1-6的實驗。 　　3．學生注意觀察小球偏角的變化以及引起這一變化的原因。 　　4．通過對實驗現(xiàn)象的定性分析得到：電荷之間的作用力隨電荷量的增大而增大，隨距離的增大而減小。 　　5．法國物理學家?guī)靵?，用實驗研究了電荷間相互作用的電力，這就是庫侖定律。 　　內(nèi)容：真空中的兩個點電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。 　　表達式： ，k叫靜電力常量，k=9109 Nm2/C2。 　　6．介紹點電荷： 　　①不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點的電荷。 　　②點電荷是一種理想化模型。 　?、劢榻B把帶電體處理為點電荷的條件：帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，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。 　　7．任意帶電體所受的力可以看作是多個點電荷所受力的合力。 　　8．庫侖定律與萬有引力定律（計算下題） 　　試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力。已知電子的質(zhì)量m1=9．1010-31kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=1．6710-27kg，電子和質(zhì)子的電荷量都是1．6010-19C。 　　分析：這個問題不用分別計算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力，而是列公式，化簡之后，再求解。 　　解：電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力分別是： 　　 　　（回答“思考與討論”）可以看出：萬有引力公式和庫侖定律公式在表面上很相似，表述的都是力，這是相同之處；它們的實質(zhì)區(qū)別是：首先萬有引力公式計算出的力只能是相互吸引的力，絕沒有相排斥的力。其次，由計算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬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，主要考慮靜電力，萬有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計。 　?。ㄈ┑湫屠} 　　出示題目（多媒體） 　　1．掛在絕緣細線下的兩輕質(zhì)通草球，由于電荷的相互作用靠近或遠離，如圖所示，則（　 ） 　　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。 　　2．把兩個完全相同的金屬球A和B接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間相互排斥則A．B兩球原來的帶電情況可能是（　?。? 　　A．帶有等量異種電荷 　　B．帶有不等量異種電荷 　　C．帶有等量同種電荷 　　D．一個帶電，另一個不帶電 　　3．關于摩擦起電和感應起電的實質(zhì)，下列說法正確的是（ ） 　　A．摩擦起電現(xiàn)象說明了機械能可以轉(zhuǎn)化為電能，也說明通過做功可以創(chuàng)造電荷 　　B．摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 　　C．感應起電說明電荷可以從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到物體另一個部分 　　D．感應起電說明電荷從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上去了 　　4．兩個相同的帶電導體小球所帶電荷量的比值為1：3，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． 　　B． 　　C． 　　D． 　　5．真空中有兩個相距0．1m、帶電量相等的點電荷，它們之間的靜電力的大小為3．610-4N，求每個電荷的帶電量是元電荷的多少倍？ 　　6．有兩個大小相同的絕緣金屬小球分別帶有正電荷q1、q2，且q1>q2。當它們相距10cm時，相互間的庫侖斥力的大小為5．010-3N，若將它們接觸后再放回原處，相互間的庫侖斥力的大小變?yōu)?．010-3N。設兩個帶電金屬球都可以看成點電荷，求兩球在接觸前所帶的電量？ 　?。ㄋ模┌鍟O計 　　1．電荷、電荷守恒定律 　　①電荷：正電荷和負電荷。 　?、陔姾砷g的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 　　③帶電方式： 　　a．摩擦起電：電子的得失。 　　b．接觸起電：電子的轉(zhuǎn)移。 　　c．感應起電：正負電荷分開。 　?、茈姾墒睾愣桑弘姾杉炔荒軇?chuàng)造，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變。 　　2．元電荷 　　元電荷：1．6010-19C的電量。 　　注意：任意帶電體帶電量是元電荷的整數(shù)倍。 　　3．庫侖定律 　　a．內(nèi)容：真空中的兩個點電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。 　　b．表達式： 　　4．點電荷 　　a．不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點的電荷。 　　b．點電荷是一種理想化模型。 　　c．介紹把帶電體處理為點電荷的條件：帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，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。