第九章 静电场及其应用 学习活动设计五：库仑的探究之路

第九章《静电场及其应用》学习活动设计五：库仑的探究之路
　　课堂教学：
　　【任务情景】
　　刚刚做的是定性实验，我们知道了电荷之间作用力与距离和带电量有关，但是电量的具体大小不知道，三者之间到底存在什么样的定量关系呢？
　　【学习任务】体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。
　　库仑设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验）
　　教师活动：展示“库仑扭秤”，介绍实验仪器，组织学生学习思考
　　提问1：库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端悬挂的物体B有什么作用呢？
　　预测学生回答：由于物体B不带电，所以物体B对库仑力没有影响，是为了使绝缘棒平衡。
　　提问2：平衡后悬丝处于自然状态。在当时，没有测量电量的仪器，如何使A球带电呢？
　　预测学生回答：接触起电，将一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。
　　提问3：将C和A分开后，再使C靠近A，那如何观测力的大小呢？
　　学生讨论回答：由于A和C之间的作用力会使A远离，发生旋转，所以可以通过悬丝扭转过的角度来比较力的大小。
　　教师总结提升：电荷之间的作用力非常小不易测量，库伦用这样的实验方法可以很明显的观察力的大小变化，这种思想是一种“放大法”。通过这种改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离r的关系，结果是力F与距离r的二次方成反比，即：。
　　提问4：在库仑那个年代，还不能直接测量物体所带电荷量，如何才能得知物体所带电荷量呢？
　　提示：两个小球接触后，它们所带的电荷量相等。
　　学生讨论回答：使一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为，，，…
　　教师总结提升：这样又可以得出电荷之间的作用力与电荷量的关系：力F与q1和q2的乘积成正比，即F∝q1q2。综合前面的实验结论，就可以得到关系式：。最后库仑提出：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。电荷量的单位是库仑（C），式中的k是比例系数，叫作静电力常量，k的数值是k=9×109N？m2/C2。
　　【学习小结】
　　1.体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。
　　2.库仑定律的适用范围及表达式。
　　【学习评价自测】
　　1.有三个完全相同的金属球，球A带的电荷量为q，球B和球C均不带电。现要使球B带的电荷量为，应该怎么操作？
　　答案：首先A球与B球接触，这样AB球各带，再将B球和C球接触，则BC球各带，最后A球再与B球接触，那么AB球必将各带的电荷量。
　　2.半径为r的两个金属球，其球心相距3r，现使两球带上等量的同种电荷Q，两球之间的静电力吗？说明道理。
　　答案：二球的半径为r，球心距离3r，所以不能看成是点电荷。由于靠得比较近，电荷要重新分布。带同种电荷时，由于相互排斥，电荷的实际距离大于3r，所以。