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2019-2020年高中物理 電荷 庫侖定律;電場 電場強度教案1 教學(xué)目的 1．知道兩種電荷及其相互作用．知道電量的概念． 2．知道摩擦起電，知道摩擦起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開． 3．知道靜電感應(yīng)現(xiàn)象，知道靜電感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的電荷分開． 4．知道電荷守恒定律． 5．知道什么是元電荷． 6．掌握庫侖定律，要求知道點電荷的概念，理解庫侖定律的含義及其公式表達，知道靜電力常量． 7．會用庫侖定律的公式進行有關(guān)的計算． 8．知道庫侖扭秤的實驗原理． 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，庫侖扭秤(模型或掛圖)． 教學(xué)過程 ●引入新課：新的知識內(nèi)容，新的學(xué)習(xí)起點．本章將學(xué)習(xí)靜電學(xué)． 【板書】第十三章 電場 第一節(jié) 電荷 庫侖定律 ●復(fù)習(xí)初中知識： 【演示】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． 【演示】用絲綢摩擦過的玻璃棒之間相互排斥，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒之間也相互排斥，而玻璃棒和硬橡膠棒之間卻相互吸引，所以自然界存在兩種電荷．同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． 【板書】一、電荷 1．把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用正數(shù)表示．把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷，用負(fù)數(shù)表示． 2．同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． 3．電荷的多少叫做電荷量．符號：Q 單位：庫侖 符號：C 4．摩擦起電的微觀解釋——原子的核式結(jié)構(gòu)． 5．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． 實質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移． 結(jié)果：兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷． ●進行新課： 用靜電感應(yīng)的方法也可以使物體帶電． 【演示】：把帶正電荷的球C移近彼此接觸的異體A，B(參見課本圖14－1)．可以看到A，B上的金屬箔都張開了，表示A，B都帶上了電荷．如果先把C移走，A和B上的金屬箔就會閉合．如果先把A和B分開，然后移開C，可以看到A和B仍帶有電荷；如果再讓A和B接觸，他們就不再帶電．這說明A和B分開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． 【板書】二、靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的異體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象，利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電． 提出問題：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，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使導(dǎo)體上的自由電子被吸引過來，因此導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷．感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分． 得出電荷守恒定律． 【板書】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． 提出問題：電荷之間的相互作用力跟什么有關(guān)？ 【演示】：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．使同學(xué)通過觀察分析出結(jié)論(參見課本圖14－2)． 【板書】：四、影響兩電荷之間相互作用力的因素：1．距離．2．電量． 【演示】：庫侖扭秤(模型或掛圖)介紹：物理簡史及庫侖的實驗技巧． 【板書】：五、1785年，法國物理學(xué)家．庫侖，庫侖扭秤實驗 實驗技巧：1．小量放大．2．電量的確定． 庫侖定律：力的大小跟兩個點電荷的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比． 力的方向：兩個點電荷的連線上 靜電力常量k=9.0109Nm2/C2 適用條件：真空中，點電荷——理想化模型 【介紹】：1．關(guān)于“點電荷”，應(yīng)讓學(xué)生理解這是相對而言的，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電荷．嚴(yán)格地說點電荷是一個理想模型，實際上是不存在的．這里可以引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)中的質(zhì)點的概念．容易出現(xiàn)的錯誤是：只要體積小就能當(dāng)點電荷，這一點在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實例予以糾正． 2．要強調(diào)說明課本中表述的庫侖定律只適用于真空，也可近似地用于氣體介質(zhì)，對其它介質(zhì)對電荷間庫侖力的影響不便向?qū)W生多作解釋，只能簡單地指出：為了排除其他介質(zhì)的影響，將實驗和定律約束在真空的條件下． 擴展：任何一個帶電體都可以看成是由許多點電荷組成的．任意兩點電荷之間的作用力都遵守庫侖定律．用矢量求和法求合力． 利用微積分計算得：帶電小球可等效看成電量都集中在球心上的點電荷． 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． 【例題】：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 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． ●鞏固練習(xí) 1．關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是： [ ] 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 2．5個元電荷的電量是________， 16 C電量等于________元電荷． 3．關(guān)于點電荷的說法，正確的是： [ ] A．只有體積很小的帶電體才能看成點電荷 B．體積很大的帶電體一定不能看成點電荷 C．當(dāng)兩個帶電體的大小及形狀對它們之間的相互作用力的影響可以忽略時，這兩個帶電體可看成點電荷 D．一切帶電體都可以看成點電荷 ●作業(yè) 1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文． 2．思考課本練習(xí)一第(1)題． 3．將練習(xí)一第(2)、(3)、(4)、(5)題做在作業(yè)本上． 參考題 1．真空中有兩個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，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三點在一條直線上，各點都有一個點電荷，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三個點電荷所受庫侖力的大小之比為________． 3．真空中有兩個點電荷，分別帶電q1=510-3C，q2=－210-2C，它們相距15cm，現(xiàn)引入第三個點電荷，它應(yīng)帶電量為________，放在________位置才能使三個點電荷都處于靜止?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________． 說明 1．兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識，這些在初中都已經(jīng)講過，本節(jié)重點是講述靜電感應(yīng)現(xiàn)象．要做好演示實驗，使學(xué)生清楚地知道什么是靜電感應(yīng)現(xiàn)象．在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生知道，感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開，使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分．本節(jié)只說明靜電感應(yīng)現(xiàn)象，它的原理將在第五節(jié)講述． 2．在復(fù)習(xí)摩擦起電現(xiàn)象和講述靜電感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，說明起電的過程是使物體中正負(fù)電荷分開的過程，進而說明電荷守恒定律． 3．要求學(xué)生知道元電荷的概念，而密立根實驗作為專題，有條件的學(xué)?？梢越M織學(xué)生選學(xué)． 4．點電荷是一種理想化的物理模型，這一點應(yīng)該使學(xué)生有明確的認(rèn)識． 5．通過本書的例題，應(yīng)該使學(xué)生明確地知道，在研究微觀帶電粒子的相互作用時為什么可以忽略萬有引力不計． 6．在用庫侖定律進行計算時，要用電荷量的絕對值代入公式進行計算，然后根據(jù)是同種電荷，還是異種電荷來判斷電荷間的相互作用是引力還是斥力． 7．庫侖扭秤的實驗原理是選學(xué)內(nèi)容，但考慮到庫侖定律是基本物理定律，庫侖扭秤的實驗對檢驗庫侖定律具有重要意義，所以希望教師介紹給學(xué)生，可利用模型或掛圖來介紹． 二、電場 電場強度教案示例 教學(xué)目的 1．知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)． 2．理解電場強度的概念及其定義式，會根據(jù)電場強度的定義式進行有關(guān)的計算，知道電場強度是矢量，知道電場強度的方向是怎樣規(guī)定的． 3．能根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義式推導(dǎo)點電荷場強的計算式，并能用此公式進行有關(guān)的計算． 4．知道電場的疊加原理，并應(yīng)用這個原理進行簡單的計算． 教具 直尺(作圖用) 教學(xué)過程 ●引入新課 問題引入：電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的？ 【板書】第二節(jié) 電場 電場強度 ●進行新課 【板書】一、電場：電荷周圍存在著一種叫電場的物質(zhì)． 啟發(fā)學(xué)生從哲學(xué)角度認(rèn)識電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識所認(rèn)識的物質(zhì)屬性．利用課本圖14－5說明：電荷A和B是怎樣通過電場與其他電荷發(fā)生作用．電荷A對電荷B的作用，實際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實際上是電荷B的電場對電荷A的作用． 【板書】1．電場的一個重要性質(zhì)：電場對放入其中的電荷有力的作用，這種力叫做電場力． 提出問題：同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引出電場強度的概念：因為電場具有方向性以及各點強弱不同，所以靠成同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小不同，我們用電場強度來表示電場的強弱和方向． 【板書】二、電場強度(E)： 指出：雖然可用同一電荷q在電場中各點所受電場力F的大小來比較各點的電場強弱，但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān)，所以不能直接用電場力的大小表示電場的強弱．實驗表明：在電場中的同一點，電場力F與電荷電量q成正比，比值F/q由電荷q在電場中的位置所決定，跟電荷電量無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，所以我們用這個比值F/q來表示電場的強弱． 【板書】1．大?。弘妶鲋心骋稽c的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強．公式：E=F/q 單位：N/C 提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？ 【板書】2．方向：物理學(xué)中規(guī)定，電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同． 指出：負(fù)電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反． 帶領(lǐng)學(xué)生討論真空中點電荷周圍的電場，說明研究方法：將檢驗電荷放入點電荷周圍的電場中某點，判斷其所受的電場力的大小和方向，從而得出該點場強．分紹檢驗電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點電荷，將其放入電場后對原電場強度無影響． 帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出真空中點電荷周圍電場的大小和方向．在此過程中注意引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系． 【板書】三、真空中點電荷周圍的電場 1．大?。篍=kQ/r2 2．方向：如果是正電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q；如果是負(fù)電荷：E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q．(參見課本圖14－7) 說明：公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點到場源電荷的距離．從而使學(xué)生理解：空間某點的場強是由產(chǎn)生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的，與檢驗電荷無關(guān)． 提出問題：如果空間中有幾個點電荷同時存在，此時各點的場強是怎樣的呢？帶領(lǐng)學(xué)生由檢驗電荷所受電場力具有的疊加性，分析出電場的疊加原理． 【板書】四、電場的疊加原理：某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和． 例如：課本圖14－8中P點的場強，等于＋Q1在該點產(chǎn)生的場強E1和Q2在該點產(chǎn)生的場強E2的矢量和．從而使學(xué)生進一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點電荷組成的．利用點電荷場強的計算公式及疊加原理就可以計算出其周圍各點場強． 【例題】課本圖14－9所示，在真空中有兩個點電荷Q1=＋3.010-8C和Q2=－3.010-8C，它們相距0.1m，求電場中A點的場強．A點與兩個點電荷的距離相等，r=0.1m 分析：點電荷Q1和Q2的電場在A點的場強分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖所示，合場強E在E1和E2的夾角的平分線上，此平分線跟Q1和Q2的連線平行． 解：E=E1cos60＋E2cos60 =2E1cos60=2kQ1cos60/r2 代入數(shù)值得 E=2.7104N/C ●鞏固練習(xí) 1．下列說法中正確的是： [ ] A．只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場 B．電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西 C．電荷間的相互作用是通過電場而產(chǎn)生的，電場最基本的性質(zhì)是對處在它里面的電荷有力的作用 2．下列說法中正確的是： [ ] A．電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比 B．場中某點的場強等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關(guān) C．場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向 D．公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的 3．下列說法中正確的是： [ ] A．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是放入電場中的電荷的電量 B．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量 C．在庫侖定律的表達式F=kq1q2/r2中kq2/r2是電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力F=q1kq2/r2，同樣kq1/r2是電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力F=q2kq1/r2 D．無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場中的同一點，F(xiàn)與q的比值始終不變 4．討論電場力與電場強度的區(qū)別于聯(lián)系 ●作業(yè) 1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文． 2．思考課本練習(xí)二第(1)、(2)題． 3．將練習(xí)二第(3)、(4)、(5)、(6)、(7)題做在作業(yè)本上． 參考題 1．在電場中某一點，當(dāng)放入正電荷時受到的電場力向右，當(dāng)放入負(fù)電荷時受到的電場力向左，下列說法正確的是： [ ] A．當(dāng)放入正電荷時，該點的場強向右，當(dāng)放入負(fù)電荷時，該點的場強向左 B．只有在該點放入電荷時，該點才有場強 C．該點的場強方向一定向右 D．以上說法均不正確 2．真空中，兩個等量異種點電荷電量數(shù)值均為q，相距r．兩點電荷連線中點處的電場強度的大小為： [ ] A．0 　　　　　　　　　　　　　　　　　B．2kq/r2 C．4k/r2 　　　　　　D．8kq/r2 3．真空中，A，B兩點上分別設(shè)置異種點電荷Q1、Q2，已知兩點電荷間引力為10N，Q1=1.010-2C，Q2=2.010-2C．則Q2在A處產(chǎn)生的場強大小是________N/C，方向是________；若移開Q2，則Q1在B處產(chǎn)生的場強的大小是________N/C，方向是________． 說明 1．電場強度是表示電場強弱的物理量，因而在引入電場強度的概念時，應(yīng)該使學(xué)生了解什么是電場的強弱，同一個電荷在電場中的不同點受到的電場力的大小是不同的，所受電場力大的點，電場強． 2．應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強度，知道這個比值與電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量． 用比值定義一個新的物理量是物理學(xué)中常用的方法，應(yīng)結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過的類似的定義方法，讓學(xué)生領(lǐng)會電場強度的定義． 3．應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系． 4．應(yīng)用電場的疊加原理進行計算時不應(yīng)過于復(fù)雜，一般只限于兩個電場疊加的情形．通過這種計算，使學(xué)生理解場強的矢量性