1、1.2 库仑定律 教案【教学目标】1、 定性认识库仑力（静电力）与什么有关2、 知道库伦扭秤实验3、 理解理想模型：点电荷，感悟科学研究中建立理想模型的重要意义4、 理解库伦定律的文字表述及其公式表达5、 通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性和统一性【教材分析】本节内容的核心是库伦定律，它阐明了带电体相互作用的规律，为整个电磁学奠定了基础。因此整节课的教学围绕库伦定律展开。从定性探究到定量探究。由于中学阶段完成库伦定律的实验探究比较有难度，在教学中采用视频和实物定性研究向结合的方式，尽量让学生了解和经历实验的过程，使得到的结果更具有说服力。【教学过程】复习引入：用三种起电方式和电荷
2、间的相互作用解释静电铃的原理。人们对电荷的认识是通过研究并认识电荷间的相互作用而获得的。沿袭牛顿对力的定义，将电荷间的相互作用力成为库仑力或静电力。这个力就是我们这节课要研究的核心问题。一、库仑力静止电荷之间的相互作用，称为静电力或库仑力。二、探究影响电荷间相互作用的因素1、猜想：库伦力可能与带电体的电荷量和两者之间的距离有关2、实验验证实验装置（如右图所示）：引导学生从研究目的出发，设计实验装置，使实验装置能实现预期的作用。观察现象：（结合视频演示）改变小球电量和两小球间距离，观察小球偏离竖直方向的夹角大小，对应于两球间静电力的大小。实验结果：电荷之间的作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大
3、而减小（定性） 。三、库伦定律1、库伦定律：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，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上2、表达式 21rqkF3、库伦定律的说明：适用范围：A点电荷（理想模型）当带电体间距离比它们自身的大小大很多，当带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们间作用力的影响可忽略不计时，可将其看做有电荷量的点（Rr）B均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的作用，r 是两球心间的距离C公式不适用于 r0 的情况k：比例系数，称为静电力常量。A 国际单位： 2cmN q1 q2B 静电力常量是一个与带电体周围介质有关的量C 真空中 （空气中近似相等
4、）2910.cmNkD 物理意义：两个电荷量为 1C 的点电荷在真空中相距 1m 时，相互作用力是9.0109N。课堂练习：估算一下，这么大的库仑力相当于多重的物体相距 1 米时的万有引力？G=6.6710-11Nm2/kg2 （10 10kg）使用库伦定律计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，谈后根据同性相斥、异性相吸判断方向库仑力（静电力）具有自己独特的大小和方向，同时它也具有力的一切性质（独立性、合成和分解时遵守平行四边形定则，相互作用力）四、库伦扭秤实验实验装置和实验原理如右图所示。当带同种电的 C 球与 A 球靠近时，A 球受到库伦力的作用带动金属丝扭转。转动上方的旋钮使 AB
5、 回到原位置，根据两次刻度值差反求出 AC 间的作用力的大小。库伦扭秤测量出了静电力常量的值。五、库伦定律与万有引力定律问题：分析库伦扭秤实验中小球在水平面内受力状况问题：两球 AC 间的万有引力是否影响扭秤扭转？例题：已知氢核的质量是 1.6710-27kg，电子的质量是 9.110-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为 5.310-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力NrqkF219992103.560.库 810.mG371.76引 47639.引库在一般尺度下，带电体间的库伦力远远大于万有引力，万有引力的影响可以忽略。有奖征集：如何在库伦扭秤实验中尽量减小万有引力
6、对静电力的影响？练习 1、两个半径相同的金属小球其球心间距 r 远远大于球半径 R，带电荷量之比为1：7，两者相互接触后再放回原来位置上，则相互作用力可能为原来的（ CD ）A. 4/7B. 3/7C. 9/7D. 16/7思维严密，考虑多种情况练习 2、真空中有三个点电荷，它们固定在边长 50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+210-6C，求它们各自所受的库仑力三个点电荷的受力情况都相同，以 q3 为例，q 3 受到大小相同的库仑力F1 和 F2， ，合力Nrk14.021NF25.0cos21方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外（库仑力的合成）A BCq1q3q2F1
7、F2F练习 3、若上题中将点电荷 q1 与 q2 变成一根均匀带电直棒，带电量为（q 1+q2） ，此棒对 q3的作用力方向如何？任何带电体都可以看做是由点电荷组成。根据对称性可知杆上的各个点电荷对 q3 的合力方向沿着杆中垂线的方向。练习 4、在一条直线上有两个相距 0.4m 的点电荷 A、B，A 带电荷量为+Q， B 带电荷量为-9Q 。现引入第三个点电荷 C，恰好使三个点电荷处于平衡状态。则 C 应带什么性质的电荷，电荷量为多少？解析从相互作用力的方向上分析，每个电荷受另外两个电荷的作用力的方向应该相反“同夹异”从作用力的大小上来说，引入的第三个点电荷应该离大电荷远、离小电荷近“远大近小
8、” 、或“大夹小”解根据力的平衡条件可知，C 必须带负电，且在 A 的左侧 x 处以 C 为研究对象 ，得 x=0.2m224.0xqkqBcAc以 A 为研究对象 ，得 ，带负电22.ABAc Qc9练习 5、光滑绝缘水平面上带电小球 A、B 质量分别为 m1=2g，m 2=1g，它们的电荷量相等，q1= q2=10-7C。A 球带正电，B 球带负电。现在水平恒力 F1 向右作用于 A 球，这时 A、B一起向右运动，且保持距离 d=0.1m 不变。试问：F 1 多大？它们如何运动？以 A、B 为一个整体，受力分析得：，NamF221107.向 右 匀 加 速 直 线 运 动,9saBA注意力
9、、电模型的类比、迁移练习 6、两小球用等长的绝缘细线悬挂于同一点 O，两小球因带同号电荷而使球 b 悬线竖直地靠在墙上，a 球被推开一定角度而平衡。今令其失去部分电量，结果 角变小后又重新平衡，则关于悬线对 a 球的拉力大小变化情况为（ C ）A.一定增大B.一定减小C.一定不变D.无法确定练习 7、在竖直放置的半径为 R 的光滑半圆形绝缘细管的圆心 O 处放一点电荷。现将质量为 m、电荷量为+q 的小球从半圆的水平直径端点 A 静止释放，小球沿细管滑到最低点 B 时，对管壁恰好无压力，则置于圆心处的点电荷带什么电？电量大小为多少？解小球从 A 到 B 运动过程中，只有重力做功，根据动能定理g
10、Rv21小球在 B 处向心力由 O 处电荷给的库仑力和重力的合力来提供，因此 O处点电荷必定带负电，设电荷量为-Q，则 RvmgQqkgFBn 22A BF1ABbaO由和得， kqmgRQ23【课后反思】作为电学部分第一个重要的定律库伦定律的教学，关系到学生是否能完成从力学到电学的过渡。在实际教学中，设计了一些与力学结合的题目。试图用这些简单的题目使学生认识到，我们现在学习的电学虽然是新知识，但当考虑力与物体运动间的关系时，原来所学习的分析方法、牛顿定律、圆周运动规律以及动能定理等等仍然适用。区别就在与在原来受力分析的基础上加了一个静电力。再往后学到电场能方面的知识时，加上了电场力做的功，而这个功除了用一般力的功来计算之外，还与电势能和电势差之间有着特殊的关系。在实际教学中还发现，这节课所讲的例题，学生接受起来并不困难。但是学生缺乏课后的反思和自己亲自动手一试的学习习惯。所以课后落实的不好，而这种漏洞会在将来的教学当中越来越明显。
