人教版高二物理选修3-1第一章：1．1 电荷及其守恒定律 和1．2库仑定律 教案

第1课时

1．点电荷的物理意义．
2．知道磨擦起电和感应起电不是创造了电荷而是使物体中的正负电荷分开。
3．知道电荷守恒定律
4．掌握库仑定律。要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量。
5．会用库仑定律解决简单问题。

1． 教学重点：元电荷、点电荷的概念；库仑定律的内容
2． 教学难点：库仑定律

幻灯片，库仑扭秤模型，静电感应导体，绝缘金属球，通草球，丝稠、玻璃棒、毛皮、橡胶棒

一、温故知新
二、引入新课
今天我们来学习有关电和磁的知识。电磁现象无论是在中国，还是在西方，都是人们在2000多年前就已观察到的物理现象之一．但是一直到18世纪70年代以前，人们对于电现象的认识还仅仅停留在静电、放电和磨擦起电这些简单的现象上而没有什么重大的突破．下面我们就来回顾一下初中学过的简单的电现象．
(1) 知识回顾
１．然界中有两种电荷，且同种电荷相排斥，异种电荷相吸引
２．物体所带电荷的多少叫做电荷量．符号：Q，单位：C
物体所带正电荷的多少用正数表示，如某物体带有5C的电，即带有5C的正电
物体所带负电荷的多少用负数表示，如某物体带有-5C的电，即带有5C的负电
[演示1]摩擦起电．提出问题：摩擦起电的原因？如何判断物体是否带电？
３．磨擦起电的微观解释：----虽然人们早就知道了磨擦会起电，但却不知道为什么会起电，一直到上个世纪1911年卢瑟福提出了原子的核式结构才解开了这个谜
４．磨擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电的能力不同．
实质：电子的转移
结果：两个相互磨擦的物体带上了等量的异种电荷

三、新课教学
除了磨擦起电之外还有哪些使物体带电的方法呢?(接触带电和感应起电)
一．静电感应——感应起电
[演示1]课本第91页
步骤：1．用丝稠磨擦玻璃棒使之带上一定量的正电荷
2．用带电玻璃棒接触带有绝缘柄的金属球使之带上正电荷
3．然后用带正电的球C去靠近静电感应导体AB，观察AB下金属箔的变化．
4．注意先让C靠近AB，然后分开AB再移走C，观察现象．
实验总结：
静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象．
感应起电：利用静电感应使物体带电的方法．
感应起电的原理分析：
1. 导体中存在着大量的自由电子
2. 电荷间有相互作用力．连在一起的AB导体上的自由电子被带有正电的C吸引过来，因而靠近C的A上聚集了一定量的负电荷，而在离C较远的B上则聚集了等量的正电荷。
从以上分析可知，无论是磨擦起电还是感应起电，都不是创造了电荷而是物体中的正负电荷分开，使电荷从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分．
1. 电荷守恒定律
电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变．
另外，从刚才的分析还可看出，在磨擦起电和感应起电时物体中发生移动的都是电子，由是猜想，所有带电体所带的电荷量或者就等于电子的电荷量或者等于电子电荷量的整数倍．而一个质子与一个电子带有等量的异种电荷．因此——
2. 元电荷：
一个电子(或质子)所带的电荷量称为元电荷
那么一个电了或质子带有多少电量呢?物理学家密立根以反复实验确定了电子所带的电量值：C
元电荷是自然界最小的带电量单位．电子的电荷量仅仅是数值上等于元电荷，而电性为负
前面我们一再提到电荷间相互作用，下面我们就来研究电荷间作用力与哪些因素有关
3. 电荷间的相互作用力——真空中的(待填)库仑定律
用控制变量法来研究
[演示3]让带电小球靠近悬挂在丝线的带电小球，观察在不同距离时小球偏转角度。
问：这说明什么？
启发学生回答：带电体之间的作用力的大小用跟带电体间的距离有关．距离越大，力越大
1．F与r有关 (平方反比定律)
问：若以悬挂的小球作为研究对象，它受到几个力?平衡时它受到电荷间作用力是多少?
启发学生回答：F=mg tgα．带电体间距离越小，偏角α越大，也就是电荷间作用力越大。
[演示4]带电量不同的小球靠近悬挂丝线的带电小球，观察小球的偏角的变化关系。
讨论得到：带电体间作用力还跟带电体所带电量有关．
2．F与Q有关
当年法国物理学家库仑做了同样的实验后他想到了……诸位，你们想到了什么?
万有引力定律．
对，没错!当年伟大的库仑与聪明的你们想的一样! (板书)
那么你们说，F，r，Q之间的数量关系应该有什么样的形式呢?

大家的猜想十分正确，库仑又跟你们想到一块去了!不过这样的猜想是否正确，如果正确那么k的值是多少?如何来测这个比例常数的值?(万有引力常量是如何测出的?)
扭秤! (出示库仑扭秤模型)
库仑也想到了扭秤!而且他在卡文迪许的启示下制作出了库仑扭秤(放大效果)．他用库仑扭秤测出了电荷间微小的作用力并计算出了k的数值．
静电力常量
结论——真空中的库仑定律：
在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
适用条件： 1．真空中 2．点电荷
带电体的形状、大小对相互作用力的大小可以忽略，那么带电体可以看作一个点，所带电荷称为点电荷。点电荷是一种理想模型．
库仑定律只适用于带电体可以看成点电荷的情况。
点电荷间库仑力的作用方向在两点电荷的连线上．具体方向由相斥或相吸来判断．
问：一个带电体的体积很小，就可以认为它是一个点电荷，对不对?
答：点电荷是一种理想模型，实际上是不存在的，点电荷具有相对的意义，带电体的尺寸不一定很小．只有当两个带体之间的距离远大于带电体本身的大小时，带电体才可以看成是点电荷．
在以后的学习和计算中，如无特殊说明，给定的电荷均可看作点电荷．
4. 例题．

四、巩固练习
1. 由于本节的例题是直接套用公式，所以不再作详细的分析。只是向学生强调：对于微观粒子的运动是库仑力起主要作用，而粒子间的万有引力则很小所以往往忽略不计
2．可选例题：
(1)在真空中有两个相距0．18m的点电荷，Q1电量为十1．8×10-12C。两个点电荷间的静电力F=1．0×10-12N，求Q2所带的电量及带电性质？
解：根据库仑定律
=2．0×10-12C
(2)两个点电荷所带电量分别为q和2q，相距为S，问第三个电荷放在何处时受力平衡？
解：设第三个电荷距q为x，电量为Q，
据平衡条件和库仑定律

x=0．41s
补充练习：
l、两个完全相同的金属球A和B，带异号不等量电荷，相隔一定距离，库仑力为F，把两球相互接触后再放回原处，则两球间的库仑力将：（ ）
A、减小 B、增大 C、不变 D、以上情形都有可能
2、真空中两个点电荷Q1Q2，距离为R，当Q1增大到2倍时，Q2减为原来的1/3，而距离增大到原来的3倍，电荷间的库仑力变为原来的：（ ）
A、4/9 B、4/27 C、8/27 D、2/27
3、两个完全相同的金属球，分别带有-3×10-6C和+1×10-6C的电量，它们相距为0．1m，其相互作用力为 ，若它们相互接触后分开，并使它们距离用为原来的两倍，这时相互作用力为 。
4、如图所示， 真空中两个相同的小球带有等量同种电荷， 质量均为0．9g． 分别 用10cm长的绝缘细线悬挂于绝缘天花板的同一点， 当平衡时B球偏离竖直方向600， A球竖直悬挂且与墙壁接触． 求：
(1) 每个小球的带电量;
(2) 墙壁受到的压力;
(3) 每条细线的拉力．
解：(1)对B做受力分析得F、mg、TB三力互成1200，
即F=TB=mg=0．9×10-3×10 N=9×10-3
根据库仑定律
得
(2)对B受力分析得
N= Fcos6004．5×10-3N
(3) TA=mg+F sin600=1．68×10-3N

五、小结
课堂小结：
1、 点电荷是理想模型。
2、库仑定律的应用：
（1）适用条件：真空中的两个点电荷
（2）用公式计算库仑力的大小，再用同种电荷相斥，异种电荷相吸确定作用力的方向．
（3）注意单位的统一。

六、布置作业

1．点电荷是学习电学所遇的第一理想模型，要结合前面所学的质点加深对理想化方法的理解。在理解点电荷的概念中，学生容易出现的错误，认为小的带电体就是点电荷。实际中的点电荷是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可忽略，带电体就可看为点电荷。
2、库仑定律是静电学中的重要知识，是学习电场强度的基础，也是今后学习氢原子结构模型的依据。按大纲要求库仑定律属“理解”的学习水平，根据本校（重点中学）的学生情况，可适当提高应用要求。
3、静电力同样具有力的共性，库仑定律的应用，应以力学的知识相结合，并培养学生解综合问题的能力。
4、库仑定律是实验定律，当课堂上无法进行定量验证，借助计算机能较好进行模拟演示。教学中把培养学生预想能力、启发学生思考以及应用知识的训练放在重要地位，占用时间较多。
5．注意初高中知识的衔接．
6．注意内容较多，须详略得当．