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第二節(jié) 2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-1 選修三1.2《探究靜電力》 WORD教案2 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能： ①、了解庫(kù)侖定律的建立過(guò)程和相關(guān)的物理學(xué)史。 ②、知道點(diǎn)電荷的物理意義。 ③、理解真空中的庫(kù)侖定律以及適用條件。 ④、知道靜電力常量k的物理意義、數(shù)值和單位。 ⑤、會(huì)用庫(kù)侖定律解決涉及點(diǎn)電荷靜電力計(jì)算的簡(jiǎn)單問(wèn)題。 2、過(guò)程與方法 ①、提出問(wèn)題——猜想與假設(shè)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——得出結(jié)論——反思評(píng)價(jià) ②、控制變量的科學(xué)研究方法，理想化模型、放大、轉(zhuǎn)化、類比、以及對(duì)稱、守恒的思想方法。 3、情感態(tài)度與價(jià)值觀 利用庫(kù)侖定律建立的過(guò)程以及相關(guān)的物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。 【重 點(diǎn)】 庫(kù)侖定律的建立過(guò)程 對(duì)庫(kù)侖定律的理解和應(yīng)用。 【難 點(diǎn)】 探究庫(kù)侖定律的定性演示和庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證過(guò)程。 【教學(xué)準(zhǔn)備】 多媒體課件、靜電力演示器材、有關(guān)庫(kù)侖定律建立的歷史背景資料 創(chuàng)設(shè)情景 提出問(wèn)題 猜想假設(shè) 定性探究 庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn) 得出結(jié)論 應(yīng)用分析 反思評(píng)價(jià) 【教學(xué)流程】 【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】 （一）、創(chuàng)設(shè)情景，提出問(wèn)題 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電荷、靜電感應(yīng)、電荷守恒的初步知識(shí)，現(xiàn)在再來(lái)看一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。 演示實(shí)驗(yàn)：用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒使驗(yàn)電器張開(kāi)。 設(shè)問(wèn)一：這個(gè)想象說(shuō)明什么？驗(yàn)電器的工作原理是什么？ 學(xué)生：電荷之間存在相互作用，同種電荷相斥、異種電荷相吸。 動(dòng)畫演示：電荷間的相互作用。 設(shè)問(wèn)二：那么帶電體相互吸引和排斥的力有多大？猜想一下帶電體間的作用力與哪些因素有關(guān)呢？ （二）、猜想假設(shè)，設(shè)計(jì)方案，定性探究 學(xué)生猜想：電荷量、距離、形狀、體積、質(zhì)量等。 設(shè)問(wèn)：到底是怎樣的關(guān)系呢？如何驗(yàn)證你的想法？ 交流對(duì)話：指導(dǎo)學(xué)生得出驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想——控制變量法，研究作用力跟某一因素的關(guān)系時(shí)，要先控制其它因素不變。這是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精髓。 動(dòng)畫演示一：電量不變，改變帶電體間距離，觀察小球懸線偏離豎直方向的夾角α隨距離的變化情況。 實(shí)驗(yàn)分析與思考：偏角大小與電荷間作用力大小有何關(guān)系？ 分析得出，即α越大，F(xiàn)就越大。F隨間距r的增大而減小。 動(dòng)畫演示二：保持距離不變，觀察偏角α隨電荷量變化的情況。 學(xué)生活動(dòng)，歸納得出：①兩電荷間的作用力隨距離增大而減??； ②兩電荷間的作用力隨電量的增大而增大。 （三）、庫(kù)侖的猜想和庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn) 設(shè)問(wèn)：以上研究的還只是定性的關(guān)系，兩電荷的相互作用力與電荷量Q、間距r到底有怎樣的定量關(guān)系呢？請(qǐng)你猜測(cè)一下。 學(xué)生討論、猜想：最好是最簡(jiǎn)單的正比和反比關(guān)系。 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 你知道他為什么會(huì)這樣猜想的？請(qǐng)根據(jù)相關(guān)資料說(shuō)明你的觀點(diǎn)。 設(shè)問(wèn)：是否只有庫(kù)侖首先有這種猜想？ 學(xué)生：其實(shí)這一點(diǎn)在他以前已有科學(xué)家猜到了，比如愛(ài)皮努斯、伯努利、普利斯利、卡文迪許等，庫(kù)侖的重要貢獻(xiàn)在于，用他制作的十分精細(xì)靈敏的扭秤裝置驗(yàn)證了這個(gè)猜想。 庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證過(guò)程：（投影與解說(shuō)） 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介。 2、如何解決力的準(zhǔn)確測(cè)量？ ①操作方法，力矩平衡：靜電力力矩＝金屬細(xì)絲扭轉(zhuǎn)力矩， ②思想方法：放大、轉(zhuǎn)化 3、F與r關(guān)系的驗(yàn)證。 ①設(shè)計(jì)思想：控制變量法——控制Q不變 ②結(jié)果：庫(kù)侖精確地用他的扭稱實(shí)驗(yàn)測(cè)量了兩個(gè)帶電小球在不同距離下的靜電力，證實(shí)了自己的猜測(cè)。若用平方反比關(guān)系表示，指數(shù)偏差可達(dá)0.04，即 ，基本上驗(yàn)證了F與r之間的平方反比關(guān)系。 庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)又帶有直觀性和定量性質(zhì)，發(fā)表之后就廣泛流傳并為科學(xué)界所接受，稱之為庫(kù)侖定律。 ③后續(xù)研究：鑒于庫(kù)侖總結(jié)出二次方反比定律所依據(jù)的實(shí)驗(yàn)精確度不高，而庫(kù)侖定律是電磁學(xué)的基本定律，是否精確地滿足二次方反比關(guān)系，又至關(guān)重要，所以從1785年庫(kù)侖定律發(fā)表以后直到現(xiàn)代，科學(xué)家一直設(shè)法檢驗(yàn)距離r的方次與“2”之間究竟有多大偏差，1971年的實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)偏差如果有，也不會(huì)大于310-16，可見(jiàn)，庫(kù)侖定律是一個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的精確度極高的物理定律。 4、如何解決電量測(cè)量問(wèn)題？ 設(shè)問(wèn)：該實(shí)驗(yàn)的精髓在于控制，庫(kù)侖先控制電量不變，研究了F與r的關(guān)系；再控制r不變，要研究F與電量Q的關(guān)系，又遇到了困難，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)電量單位還未確定還無(wú)法測(cè)量電量，那么庫(kù)侖又該如何定量的比較一個(gè)帶電體所帶的電量呢？ 原來(lái)庫(kù)侖已認(rèn)識(shí)到，兩個(gè)完全相同的金屬小球，一個(gè)帶電、一個(gè)不帶電，兩者相互接觸后電量被兩球等分，各自帶有原有總電量的一半。這樣庫(kù)侖就巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題，用這個(gè)方法依次得到了原來(lái)電量的等的電荷，從而順利的驗(yàn)證得出 思想方法：守恒、對(duì)稱。 （四）、理解庫(kù)侖定律 投影庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論：庫(kù)侖定律 在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比 , 跟它們間距離的平方成反比 , 作用力的方向在它們的連線上。 公式： 學(xué)生活動(dòng)，閱讀教材，教師點(diǎn)撥歸納： 1、Q1、Q2是電荷量的絕對(duì)值；庫(kù)侖力的方向：沿連線，同性相斥，異性相吸。 2、庫(kù)侖力同樣具有力的共性，比如遵守牛頓第三定律。 3、k為靜電力常量，后來(lái)測(cè)得 4、適用條件：真空，點(diǎn)電荷 ①點(diǎn)電荷同質(zhì)點(diǎn)一樣也是一個(gè)理想化模型——帶電的幾何點(diǎn)。 ②若帶電體間的距離比它們自身的尺寸大得多，以至帶電體的形狀和大小對(duì)庫(kù)侖力的影響可以忽略不計(jì)，這樣帶電體就可以看作點(diǎn)電荷。 ③對(duì)于任一帶電體可以看作由許多點(diǎn)電荷組成，所以若知道帶電體的電荷分布，根據(jù)庫(kù)侖定律和力的合成法則可以求出帶電體間的靜電力的大小和方向。 注：在中學(xué)物理的實(shí)際應(yīng)用中，常要把實(shí)際帶電體等效為點(diǎn)電荷，如把均勻帶電小球等效為位于球心的點(diǎn)電荷。 （五）、鞏固與應(yīng)用分析 例1、兩個(gè)點(diǎn)電荷的帶電量，相距，且靜止于真空中，求它們之間的相互作用力。 學(xué)生活動(dòng)： 教師說(shuō)明：這時(shí)F與k在數(shù)值上相等，這就是k的物理意義，即k在數(shù)值上等于兩個(gè)帶電荷量為1庫(kù)的點(diǎn)電荷，在真空中相距1米時(shí)的相互作用力。 例2、（見(jiàn)課本例題：試比較電子和質(zhì)子間的靜電力和萬(wàn)有引力）。教師說(shuō)明：正因?yàn)槔}告訴我們的原因，在研究微觀帶電粒子相互作用時(shí)，經(jīng)常可以忽略萬(wàn)有引力。但對(duì)宇宙天體萬(wàn)有引力卻是決定性的，決定了它的運(yùn)動(dòng)與演化規(guī)律。 例3、兩個(gè)相同的均勻帶電小球，分別帶有Q1=1C，Q2=－2C的電荷，在真空中相距r時(shí)，相互作用力為F。 ①今將Q1、Q2、r都加倍，作用力多大？ ②只改變兩電荷的電性，作用力如何變化？ ③只將r增大2倍，作用力如何變？ ④將兩個(gè)小球接觸一下，仍放回原處，作用力如何變化？ ⑤為使兩小球接觸后，靜電力的大小不變，兩球應(yīng)如何放置？ 學(xué)生活動(dòng)，要求分析并迅速得出：作用力不變；不變；作用力大小變?yōu)镕/9，方向不變；大小變?yōu)镕/8，方向由原來(lái)的相吸變?yōu)橄喑?；距離變?yōu)榧纯伞? （六）、反思評(píng)價(jià) 知識(shí)小結(jié)：（略） 我國(guó)早在東漢時(shí)期就已經(jīng)掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律。 兩千年后，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鼋柚谂こ訉?shí)驗(yàn)定量的研究和驗(yàn)證了電荷間相互作用的規(guī)律，得出了庫(kù)侖定律。 從庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，我們可以看出，類比推理在科學(xué)研究中所起的作用是多么的巨大。如果不是先有萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，單靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，不知何年才能得到嚴(yán)格的庫(kù)侖定律表達(dá)式。 庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律都遵從二次方反比規(guī)律，人們至今還不能說(shuō)明這兩個(gè)定律為什么如此相似。它們有沒(méi)有內(nèi)在的聯(lián)系，會(huì)不會(huì)是某一種力的不同的表現(xiàn)形式呢？物理學(xué)家還在致力于這方面的研究。 （七）、作業(yè)