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2019-2020年新課標粵教版3-1 選修三1.2《探究靜電力》 WORD教案1 一、教學目標 1．知識目標： （1）掌握點電荷； （2）掌握庫侖定律的內(nèi)容及其應用。 2．能力目標： 通過觀察演示實驗，概括出兩種電荷間的作用規(guī)律。培養(yǎng)學生觀察、概括能力。 3．物理方法教育目標： 滲透物理學方法的教育，運用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——點電荷，研究真空中靜止點電荷間互相作用力問題——庫侖定律。 二、教學重點、難點 1．重點是使學生掌握真空中點電荷間作用力大小的計算及方向的判定——庫侖定律。 2．庫侖定律的實際應用，是難點。 三、教學方法： 實驗演示，講練結(jié)合，課件演示 四、教 具： 1．演示兩種電荷間相互作用 有機玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒（2支） 2．定性演示相關物理量間的關系 鋁箔包好的草球、表面光滑潔凈的絕緣導體、絕緣性好的絲線、絕緣性好的支架、鐵架臺。 3．計算機、投影儀、大屏幕、自制CAI課件 五、教學過程： （一）引入新課 人類從很早就認識了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象，例如我國在戰(zhàn)國末期就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦有吸引鐵的現(xiàn)象。在東漢初年就有帶電的琥珀吸引輕小物體的文字記載，但是人類對電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究卻是在歐洲文藝復興之后才逐漸開展起來的，到十九世紀才建立了完整的電磁理論。 電磁學及其應用對人類的影響十分巨大，在電磁學研究基礎上發(fā)展起來的電能生產(chǎn)和利用，是歷史上的一次技術革命，是人類改造世界能力的飛躍，打開了電氣化時代的大門。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、通訊、國防、科學研究和日常生活都離不開電。在當前出現(xiàn)的新技術中，起帶頭作用的是在電磁學研究基礎上發(fā)展起來的微電子技術和電子計算機。它們被廣泛應用于各種新技術領域，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的變化。為了正確地利用電，就必須懂得電的知識。 （二）進行新課 教學過程設計 （1）研究兩種電荷及電荷間的相互作用 實驗一：用橡膠棒與毛皮摩擦后，放于碎紙片附近觀察橡膠棒吸引碎紙片情況。 提問一：為什么橡膠棒會吸引碎紙片？ 答：橡膠棒與絲綢摩擦后就帶電了，帶電物體會吸引輕小物體。 提問二：注意觀察帶電橡膠棒吸引碎紙片情況，會發(fā)現(xiàn)被橡膠棒吸起的紙片中，較大的紙片先落下來，這是為什么？ 答：帶電體在空氣中不斷放電，使它帶電量不斷減少，因而吸引輕小物體的力也相應減小，所以較大紙片先落下來。 教師總結(jié)：在初中的學習中，我們已經(jīng)知道，自然界存在兩種電荷，叫做正電荷與負電荷。用毛皮摩擦橡膠棒，用絲綢摩擦有機玻璃棒后，橡膠棒帶負電，毛皮帶正電，有機玻璃棒帶正電，絲綢帶負電。物體帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉?，吸引力就越大，電荷的多少叫電量，電量的單位是庫侖。電子帶有最小的負電荷，質(zhì)子帶有最小的正電荷，它們電量的絕對值相等，一個電子電量e=1.610-19C。任何帶電物體所帶電量要么等于電子（或質(zhì)子）電量，要么是它們的整數(shù)倍，因此，把1.610－19C稱為基元電荷。 提問三：若將橡膠棒摩擦過的毛皮靠近碎紙片，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：毛皮帶上正電，也會吸引輕小物體。 教師用實驗驗證學生的判斷。 實驗二：用云臺支起一根橡膠棒，如圖1所示，再將它與另一根橡膠棒并在一起，用毛皮摩擦它們的一端，使之帶上同種電荷，再觀察兩端相互作用的情況，發(fā)現(xiàn)它們相斥，而且它們的距離越小斥力越大，過一會兒，它們間的作用力會明顯減弱。 提問四：被毛皮摩擦過的橡膠棒的兩端為什么會相斥？斥力的大小與什么因素有關？ 答：因為它們帶上了同種電荷，而電荷間作用的規(guī)律是同種電荷相斥，異種電荷相吸，斥力的大小與電荷間的距離有關，距離越小，斥力越大，反之，距離越大，斥力越?。怀饬Φ拇笮∵€與電量有關，電量越大，斥力越大。由于放電的原因，棒上的電量不斷減小，而斥力也隨時間的增大而明顯減小。 提問五：若將與橡膠棒摩擦過的毛皮與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，或用絲綢摩擦過的有機玻璃棒與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：會吸引，異種電荷相吸。 教師用實驗驗證學生的判斷。 提問六：若將與有機玻璃棒摩擦過的絲綢與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 答：會相斥，同種電荷相斥。 教師用實驗驗證學生的判斷。 實驗三：如圖2，先把表面光滑潔凈的絕緣導體放在A處，然后把鋁箔包好的草球系在絲線下，分別用絲綢摩擦過的玻璃棒給導體和草球帶上正電，把草球先后掛在P1、P2、P3的位置，帶電小球受到A的作用力的大小可以通過絲線對豎直方向的偏角大小顯示出來。觀察實驗發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3各點受到的A的作用力依次減??；再增大絲線下端帶電小球的電量，觀察實驗發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。 提問七：電荷間作用力大小跟什么有關？ 答：與電荷間距離及電量多少有關，電荷的作用力隨著距離的增大而減小，隨著電量的增大而增大。 教師總結(jié)：電荷之間存在著相互作用力，力的大小與電量的大小、電荷間距離的大小有關，電量越大，距離越近，作用力就越大；反之電量越小，距離越遠，作用力就越小。作用力的方向，可用同種電荷相斥，異種電荷相吸的規(guī)律確定。 （2）點電荷 我國東漢時期就發(fā)現(xiàn)了電荷，并已定性掌握了電荷間的相互作用的規(guī)律。而進一步將電荷間作用的規(guī)律具體化、數(shù)量化的工作，則是兩千年之后的法國物理學家?guī)靵?，他用精確實驗研究了靜止的點電荷間的相互作用力，于1785年發(fā)現(xiàn)了后來用他的名字命名的庫侖定律。 正像牛頓在研究物體運動時引入質(zhì)點一樣，庫侖在研究電荷間的作用時引入了點電荷，無疑這是人類思維方法的一大進步。 什么是點電荷？簡而言之，帶電的質(zhì)點就是點電荷。點電荷的電量、位置可以準確地確定下來。正像質(zhì)點是理想的模型一樣，點電荷也是理想化模型。真正的點電荷是不存在的，但是，如果帶電體間的距離比它們的大小大得多，以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看成點電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個處于該球球心，帶電量與該球相同的點電荷。 （3）庫侖定律 庫侖實驗的結(jié)果是：在真空中兩個電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。若兩個點電荷q1，q2靜止于真空中，距離為r，如圖3所示，則q1受到q2的作用力F12為 式中F12、q1、q2、r諸量單位都已確定，分別為牛（N）、庫（C）、 q2受到q1的作用力F21與F12互為作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，統(tǒng)稱靜電力，又叫庫侖力。 若點電荷不是靜止的，而是存在相對運動，那么它們之間的作用力除了仍存在靜電力之外，還存在相互作用的磁場力。關于磁場力的知識，今后將會學到。 （4）庫侖定律的應用 【例1】 兩個點電荷q1=1C、q2=1C相距r=1m，且靜止于真空中，求它們間的相互作用力。 這時F在數(shù)值上與k相等，這就是k的物理意義：k在數(shù)值上等于兩個1C的點電荷在真空中相距1m時的相互作用力。 【例2】 真空中有A、B兩個點電荷，相距10厘米，B的帶電量是A的5倍。如果A電荷受到的靜電力是10－4N，那么B電荷受到的靜電力應是下列答案中的哪一個？ [ ] A．510-4N B．0.210-4N C．10－4N D．0.110-4N 【例3】 兩個完全相同的均勻帶電小球，分別帶電量q1=2C正電荷，q2=4C負電荷，在真空中相距為r且靜止，相互作用的靜電力為F。 （1）今將q1、q2、r都加倍，相互作用力如何變？ （2）只改變兩電荷電性，相互作用力如何變？ （3）只將r增大4倍，相互作用力如何變？ （4）將兩個小球接觸一下后，仍放回原處，相互作用力如何變？ （5）接上題，為使接觸后，靜電力大小不變應如何放置兩球？ 答（1）作用力不變。 （2）作用力不變。 （3）作用力變?yōu)镕/32，方向不變。 （4）作用力大小變?yōu)镕/8，方向由原來的吸引變?yōu)橥瞥猓ń佑|后電量先中和，后多余電量等分）。 【例4】 兩個正電荷q1與q2電量都是3C，靜止于真空中，相距r=2m。 （1）在它們的連線AB的中點O放入正電荷Q，求Q受的靜電力。 （2）在O點放入負電荷Q，求Q受的靜電力。 （3）在連線上A點的左側(cè)C點放上負點電荷q3，q3=1C且AC=1m，求q3所受靜電力。 解 當一個點電荷受到幾個點電荷的靜電力作用時，可用力的獨立性原理求解，即用庫侖定律計算每一個電荷的作用力，就像其他電荷不存在一樣，再求各力的矢量和。 （1）（2）題電荷Q受力為零。 （3）q3受引力F31與引力F32，方向均向右，合力為： （三）課堂小結(jié) （1）電荷間相互作用規(guī)律：同性相斥，異性相吸，大小用庫侖定 （2）電荷間作用力為一對相互作用力，遵循牛頓第三定律。 （3）庫侖定律適用條件：真空中靜止點電荷間的相互作用力（均勻帶電球體間、均勻帶電球殼間也可）。 （四）布置作業(yè) 1．復習本節(jié)課文。 2．練習第1——3題。 五、說明 本節(jié)中實驗較多，做好靜電實驗關鍵是絕緣性能要好。