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1、课题：库仑定律教学设计部别： 高中 年级： 高一 班级： 组别： 物理 教师： 日期：202 年 月 日 第 节 一、课标要求与解读【课标要求】知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想方法。【课标解读】1.通过实验掌握库仑定律,点电荷的概念,理解库仑定律的含义及其公式表达,记住静电力常量.2.通过例题及练习会用库仑定律的公式进行有关的计算.3.通过阅读知道库仑扭秤的实验原理。二、教学内容与分析【教材分析】库仑定律既是电荷间相互作用的基本规律,又是学习电场强度和电势差概念的基础,也是本章的重点,不仅要求学生定性知道,而且还要求定量了解和应用.对库仑定律的讲
2、述,教材是从学生已有认识出发,采用了一个定性实验,进而得出结论,从而展示库仑定律的内容和库仑发现这一定律的过程,并强调该定律的条件和意义。【学情分析】两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电和感应起电的知识,万有引力定律和卡文迪什扭秤实验这些内容学生都已学过,学生在必修二已经学习了万有引力的基本知识,为过渡到本节的学习起着铺垫作用,学生已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推理演算能力.能在老师指导下通过观察、思考,发现问题和解决问题,本节重点是做好定性实验,使学生清楚知道实验探究过程。三、核心素养物理观念：明确点电荷是个理想模型。知道带电体简化为点电荷的条件，感悟科学研究中建立理想模型的
3、重要意义。科学思维：渗透理想化方法，培养学生由实际问题进行简化抽象建立物理模型的能力科学探究：通过演示实验，定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系。科学态度与责任：通过元电荷的教学，渗透物质无限可分的辩证唯物主义观点。四、教学重点与难点【教学重点】掌握真空中两个静止点电荷之间的相互作用力大小的计算及方向的判定库仑定律。【教学难点】库仑定律的实际应用。五、教学方法讲授、讨论、谈话、练习六、教学准备多媒体课件七、课时安排1课时八、教学过程教学过程教学环节导入新课演示实验 如图所示用与丝绸摩擦过的有机玻璃棒使球O带正电并将球O置于铁架台旁,再用丝线将带正电的小球悬于铁架
4、台上.把小球放在不同位置P1,P2,P3,观察实验现象,并得出结论.实验现象 小球的位置不同,偏角不同,距离球O越远偏角越小.教师:请同学们想一下是什么原因造成偏角的差异?学生:偏角越大,说明小球所受作用力越大,即两球距离越近,电荷间的相互作用力越大.演示实验 将球O放在同一位置,增大或减小其所带电荷量.实验现象 电荷量越大,偏角越大.教师:同学们根据实验现象分析一下电荷间的作用力与所带电荷量有什么关系?学生:电荷量越大,作用力越大.教师总结,得出结论.* 与电荷间相互作用力有关的因素:1.两电荷间距离:距离越近,电荷间相互作用力越大.2.两电荷电荷量:电荷量越大,电荷间相互作用力越大.教师:
5、上节课我们学习了电荷及电荷守恒定律,了解了物质内部的微观结构,掌握了物体带电的实质.通过静电感应现象知道电荷间存在相互作用力.刚才的演示实验我们大致了解了影响电荷间相互作用力大小的相关因素,那么它们之间存在怎样的规律?这种规律跟我们以前学习的哪一规律相似呢?这节课我们就来深入学习这方面的知识讲授新课1.电荷之间的作用力教师:电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者注意,英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力.不过,最终解决这一问题的是法国科学家库仑.库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律.请同学们回答库仑定律的内容是什么?学生:库仑
6、定律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.教师:这种作用力是怎么命名的?学生:电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力.教师:同学们从课本中找一下什么是点电荷?学生:当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样的带电体可以看作带电的点,叫作点电荷.教师:是不是带电体的体积足够小,就可以看成点电荷?学生:当带电体自身的大小比起相互作用的距离小很多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,带电体可视为点电荷,并不
7、是带电体的体积足够小,就可以看成点电荷.教师:在你学过的物理概念中,哪一个概念与“点电荷”类似?学生:点电荷是一种理想化模型,与前面学过的“质点”的概念类似.教师点评:通过同学们思考、讨论,理解“点电荷”的物理含义,加深对概念和规律的理解是非常重要的.为以后进一步应用库仑定律解决实际问题打下基础.案例分析一在库仑定律中,根据数学运算,由公式F=k,当r0时,两个电荷间的作用力F吗?学生独立思考后分小组讨论得出结论.学生:这是没有物理意义的.因为这时的两个带电体已不能看作点电荷,不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力.教师点评:数学中的运算要跟物理中的实际情况相区别,否则同学们就极易犯错误
8、.归纳总结(1)库仑定律: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.(2)静电力:电荷之间的相互作用力,也叫库仑力.影响静电力大小的因素:两带电体的形状、大小、电荷量、电荷分布、二者间的距离等.(3)点电荷定义:当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样的带电体可以看作带电的点,叫作点电荷.* 条件:两个带电体能否视为点电荷,要看它们自身的大小是否比它们之间的距离小得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略.
9、巩固练习下列关于点电荷的说法,正确的是(B)A.点电荷一定是电荷量很小的电荷B.点电荷是一种理想化模型,实际不存在C.只有体积很小的带电体,才能作为点电荷D.体积很大的带电体一定不能看成点电荷解析:当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们的作用力影响可以忽略时,这样的带电体就可以看成点电荷,所以A,C,D错误,B正确.2.库仑的实验教师:请同学们从教材中了解库仑的实验过程,体会实验构思的巧妙和实验器材库仑扭秤(多媒体展示)的设计,并加深对规律的推导过程的理解.在阅读教材过程中请思考下面问题:(1)库仑扭秤的结构是怎样的?库仑是怎样研究电荷间作用力大小的
10、?(2)写出库仑定律的数学表达式,并指明公式中各符号的意义.(3)库仑定律的适用条件是什么?静电力常量的数值是多少?(4)库仑定律的公式与我们前面学的哪一个定律的公式相似?学生活动:阅读教材,思考并回答问题.学生:(1)库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤.实验装置如图所示,细银丝的下端悬挂一根绝缘棒,棒的一端是一个小球A,另一端通过物体B使绝缘棒平衡,悬丝处于自然状态.把另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.将C和A分开,再使C靠近A,A和C之间的作用力使A远离.扭转悬丝,使A回到初始位置并静止,通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小.(2)库仑定律的数学表达式是:F=k
11、,方向:同性相斥,异性相吸.式中,F,q1,q2,r均取国际单位,电荷量的单位是库仑(C),力的单位是牛顿(N),距离的单位是米(m).(3)适用条件:真空.静止的点电荷.实验测定k的数值是k=9.0109 Nm2/C2.教师:通常在干燥的空气中也适用.应用库仑定律解题时应注意(投影出示):先看所给题中是否满足真空(或干燥空气)中点电荷的适用条件.大小:F=k,q1,q2为电荷量的绝对值,各物理量均取国际制单位.(4)与万有引力的公式F=G相似.教师点评:库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律,人们至今还不能说明它们的这种相似性,物理学家还在继续研究.希望大家能学有所成,以后在这方面的研
12、究有所突破.案例分析二库仑利用扭秤实验研究电荷间的相互作用,该装置利用什么方法显示力的大小?通过实验,两带电体间的作用力F与距离r的关系如何?实验的巧妙体现在何处?学生查阅手头的资料,分小组讨论,分析归纳得出答案.学生:通过该装置悬丝扭转的角度来比较力的大小,力越大,悬丝扭转的角度越大.学生:力F与距离r的二次方成反比:F.学生:实验的巧妙之处:利用悬丝的扭转角度把力放大.利用相同球体接触平分电荷解决了无法测量电荷量的问题.归纳总结(1)库仑定律公式:F=k,其中k=9.0109 Nm2/C2,叫作静电力常量.(2)适用条件:在真空中.静止的点电荷.* 巩固练习如图所示,两个完全相同的金属小球
13、A,B带有电荷量相等的电荷,相隔一定的距离,两球间相互吸引力的大小是F,今让与A,B大小相等、相同材料制成的不带电的第三个小球C先后与A,B两球接触后移开,这时A,B两球之间的相互作用力的大小为(A)A.FB.FC.FD.F解析:两球间相互吸引,故带异种电荷.设A,B两球心之间的距离为r,A球带电荷量为q,B球带电荷量为-q,由库仑定律知A,B两球间的吸引力F=k.当C球先后与A,B两球接触后移开,A球带电荷量为,B球带电荷量为-,A,B两球之间相互吸引力大小为F=k=F,故A正确,B,C,D错误.3.静电力计算静电力的叠加:如果存在两个以上点电荷,那么,每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的
14、作用力.两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变.某点电荷受到的作用力等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和.例题1 试比较氢原子中电子和质子间的静电力和万有引力的大小.已知电子的质量m1=9.110-31 kg,质子的质量m2=1.6710-27 kg,电子和质子的电荷量都是1.6010-19 C,电子与质子间的最短距离为5.310-11 m.解析:电子和质子的静电力F1和万有引力F2分别是F1=k,F2=G,所以=2.31039,静电力大于万有引力.答案:见解析教师:从例题中看出,电子和质子的静电力F1是它们间万有引力F2的2.31039倍.正因如此,以后在研究微观带电粒子
15、的相互作用时,经常忽略万有引力.教师:如何求出带电体间的静电力的大小和方向?看一下教材上是怎么处理的?学生:库仑定律是电磁学的基本定律之一.任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的.如果知道带电体上的电荷分布,根据库仑定律即可求出带电体之间的静电力的大小和方向.例题2 真空中有三个点电荷,它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+210-6 C,求它们所受的库仑力.解析:如图所示,每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力,只求出其中一个点电荷受的库仑力即可.以q3为研究对象,受到F1和F2的作用,q1=q2=q3=q,相互间的距离r都相同.F1=F2=k=0.144 N
16、,根据平行四边形定则,合力大小均为F=2F1cos 300.25 N,方向均垂直于对边向外.课堂小结1.库仑定律的表达式 （1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k9.0109 Nm2 / C （2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸2.适用条件 ：适用于真空中的两个静止的点电荷。3.静电力的叠加原理（1）两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。（2）两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。板书一、电荷之间的作用力1.库仑定律内容2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。3.点电荷二、库仑的实验1.实验方法：控制变量法库仑定律的表达式 （1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k9.0109 Nm2 / C （2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸三、静电力计算1.库仑定律的应用2. 静电力的叠加原理九、教学反思学科网（北京）股份有限公司