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2019-2020年高二物理 第十三章 《電場(chǎng)》 第一節(jié) 電荷 庫侖定律（2）教案 舊人教版 教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.掌握兩種電荷； 2.定性了解兩種電荷間的作用規(guī)律； 3.掌握庫侖定律的內(nèi)容及其應(yīng)用。 二、能力目標(biāo) 通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出兩種電荷間的作用規(guī)律。培養(yǎng)學(xué)生觀察、概括能力。 三、德育目標(biāo) 滲透物理學(xué)方法的教育，運(yùn)用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——點(diǎn)電荷，研究真空中靜止點(diǎn)電荷間互相作用力問題——庫侖定律。 教學(xué)重點(diǎn) 真空中點(diǎn)電荷間作用力大小的計(jì)算及方向的判定——庫侖定律。 教學(xué)難點(diǎn) 庫侖定律的應(yīng)用 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、探究法 教學(xué)用具 1.演示兩種電荷間相互作用 有機(jī)玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒（2支） 2.定性演示相關(guān)物理量間關(guān)系 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(tái)。 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)過程 一、引入新課 人類從很早就認(rèn)識(shí)了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象，例如我國(guó)在戰(zhàn)國(guó)末期就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦有吸引鐵的現(xiàn)象。在東漢初年就有帶電的琥珀吸引輕小物體的文字記載，但是人類對(duì)電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究卻是在歐洲文藝復(fù)興之后才逐漸開展起來的，到十九世紀(jì)才建立了完整的電磁理論。 電磁學(xué)及其應(yīng)用對(duì)人類的影響十分巨大，在電磁學(xué)研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電能生產(chǎn)和利用，是歷史上的一次技術(shù)革命，是人類改造世界能力的飛躍，打開了電氣化時(shí)代的大門。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、通訊、國(guó)防、科學(xué)研究和日常生活都離不開電。在當(dāng)前出現(xiàn)的新技術(shù)中，起帶頭作用的是在電磁學(xué)研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)。它們被廣泛應(yīng)用于各種新技術(shù)領(lǐng)域，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的變化。為了正確地利用電，就必須懂得電的知識(shí)。在初中我們學(xué)過一些電的知識(shí)，現(xiàn)在再進(jìn)一步較深入地學(xué)習(xí)。 二、新課教學(xué) （1）研究?jī)煞N電荷及電荷間的相互作用 實(shí)驗(yàn)一：用橡膠棒與毛皮摩擦后，放于碎紙片附近觀察橡膠棒吸引碎紙片情況。 提問一：為什么橡膠棒會(huì)吸引碎紙片？ 答：橡膠棒與絲綢摩擦后就帶電了，帶電物體會(huì)吸引輕小物體。 提問二：注意觀察帶電橡膠棒吸引碎紙片情況，會(huì)發(fā)現(xiàn)被橡膠棒吸起的紙片中，較大的紙片先落下來，這是為什么？ 答：帶電體在空氣中不斷放電，使它帶電量不斷減少，因而吸引輕小物體的力也相應(yīng)減小，所以較大紙片先落下來。 教師總結(jié)：在初中的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)知道，自然界存在兩種電荷，叫做正電荷與負(fù)電荷。用毛皮摩擦橡膠棒，用絲綢摩擦有機(jī)玻璃棒后，橡膠棒帶負(fù)電，毛皮帶正電，有機(jī)玻璃棒帶正電，絲綢帶負(fù)電。物體帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉?，吸引力就越大，電荷的多少叫電量，電量的單位是庫侖。電子帶有最小的?fù)電荷，質(zhì)子帶有最小的正電荷，它們電量的絕對(duì)值相等，一個(gè)電子電量e=1.610－19C。任何帶電物體所帶電量要么等于電子（或質(zhì)子）電量，要么是它們的整數(shù)倍，因此，把1.610－19C稱為基元電荷。 提問三：若將橡膠棒摩擦過的毛皮靠近碎紙片，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：毛皮帶上正電，也會(huì)吸引輕小物體。 教師用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的判斷。 實(shí)驗(yàn)二：用云臺(tái)支起一根橡膠棒，如圖1所示，再將它與另一根橡膠棒并在一起，用毛皮摩擦它們的一端，使之帶上同種電荷，再觀察兩端相互作用的情況，發(fā)現(xiàn)它們相斥，而且它們的距離越小斥力越大，過一會(huì)兒， 它們間的作用力會(huì)明顯減弱。 提問四：被毛皮摩擦過的橡膠棒的兩端為什么會(huì)相斥？斥力的大小與什么因素有關(guān)？ 答：因?yàn)樗鼈儙狭送N電荷，而電荷間作用的規(guī)律是同種電荷相斥，異種電荷相吸，斥力的大小與電荷間的距離有關(guān)，距離越小，斥力越大，反之，距離越大，斥力越小；斥力的大小還與電量有關(guān)，電量越大，斥力越大。由于放電的原因，棒上的電量不斷減小，而斥力也隨時(shí)間的增大而明顯減小。 提問五：若將與橡膠棒摩擦過的毛皮與支起的橡膠棒帶電的一端靠近．或用絲綢摩擦過的有機(jī)玻璃棒與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：會(huì)吸引，異種電荷相吸。 教師用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的判斷。 提問六：若將與有機(jī)玻璃棒摩擦過的絲綢與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：會(huì)相斥，同種電荷相斥。 教師用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的判斷。 實(shí)驗(yàn)三：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(duì)豎直方向的偏角大小顯示出來。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的作用力依次減小；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。 提問七：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。 教師總結(jié)：電荷之間存在著相互作用力，力的大小與電量的大小、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。 （2）庫侖定律 我國(guó)東漢時(shí)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(guó)物理學(xué)家?guī)靵?，他用精確實(shí)驗(yàn)研究了靜止的點(diǎn)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。 正像牛頓在研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)引入質(zhì)點(diǎn)一樣，庫侖在研究電荷間的作用時(shí)引入了點(diǎn)電荷，無疑這是人類思維方法的一大進(jìn)步。 什么是點(diǎn)電荷？簡(jiǎn)而言之，帶電的質(zhì)點(diǎn)就是點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷的電量、位置可以準(zhǔn)確地確定下來。正像質(zhì)點(diǎn)是理想的模型一樣，點(diǎn)電荷也是理想化模型。真正的點(diǎn)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(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，這樣的帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個(gè)處于該球球心，帶電量與該球相同的點(diǎn)電荷。 庫侖實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：在真空中兩個(gè)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(gè)點(diǎn)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 式中F12、q1、q2、r諸量單位都已確定，分別為牛（N）、庫（C）、 9109 Nm2／C2 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(diǎn)電荷不是靜止的，而是存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)力。關(guān)于磁場(chǎng)力的知識(shí)，今后將會(huì)學(xué)到。 三、小結(jié) （1）電荷間相互作用規(guī)律：同性相斥，異性相吸，大小用庫侖定 （2）電荷間作用力為一對(duì)相互作用力，遵循牛頓第三定律。 （3）庫侖定律適用條件：真空中靜止點(diǎn)電荷間的相互作用力（均勻帶電球體間、均勻帶電球殼間也可） 四、布置作業(yè) 課后練習(xí) 五、板書設(shè)計(jì) 1. 兩種電荷及電荷間的相互作用 2. 庫侖定律