一、目标
知识目标
1、理解点电荷的概念;
2、通过对演示实验的观察和思考,概括出两个点电荷之间的作用规律;
3、掌握库仑定律的内容及其应用;
能力目标
1、通过对演示实验的观察概括出两种电荷之间的作用规律,培养学生观察、总结的能力;
2、,通过点电荷模型的建立,了解理想模型方法.
情感目标
了解人类对电荷间相互作用认识的历史过程,培养学生对科学的好奇心,体验探索自然规律的艰辛和喜悦.渗透物理学方法的教育,运用理想化模型方法,突出主要因素,忽略次要因素,抽象出物理模型——点电荷,研究真空中静止点电荷间互相作用力问题——库仑定律。
二、学法引导
1、用演示复习法引入,注意对比.
2、认真观察现象,理解各步的目的.
3、掌握解题的思维和方法,而不要一味的强调公式的记忆。
三、重点、难点
1、重点 :使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。
2、难点 :真空中点电荷间作用力为一对相互作用力,遵从牛顿第三定律,是难点。
四、课时安排 :1课时
五、教具学具准备
1.演示两种电荷间相互作用:有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒(2支)
2.定性演示相关物理量间关系:铝箔包好的草球、表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。
六、师生互动活动设计:本节中实验较多,要做好静电实验。师生要多交流、讨论,要留够思考时间。
七、步骤
(一)点电荷
对比:牛顿在研究物体运动时引入质点
库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷,这是人类思维方法的一大进步。
什么是点电荷:简而言之,带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样,点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的,但是,如果带电体间的距离比它们的大小大得多,以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心,带电量与该球相同的点电荷。
理想模型方法是物理学常用的研究方法。当研究对象受多个因素影响时,在一定条件下人们可以抓住主要因素,忽略次要因素,将研究对象抽象为理想模型,这样可以使问题的处理大为简化。
讨论与交流
一个带电体在什么情况下可以看成点电荷?与研究问题所要求的精确度有无关系?
(二)库仑定律
1、方法:变量控制法
2、实验介绍与演示(课本第6页)
观察与思考
1)研究相互作用力F与距离r的关系
使A、B、C带同种电荷,且B、C的电荷量相等,观察B、C偏角,思考r增大时,F的大小如何变化,并记下你的结论。
2)研究相互作用力F与电荷量的关系
使A、B带同种电荷,观察B的偏角,设B原来的电荷量为Q,使不带电的C、与B接触一下即分开,这时B、C就各带q/2的电荷量。保持A、B的距离不变,观察B的偏角,思考当B球带的电荷量减少时,F的大小如何变化?
3)综合以上两种情况,你的结论是什么?
3、库仑定律内容:在真空中两个电荷间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,这就是库仑定律。
库仑定律公式表示:若两个点电荷q1,q2静止于真空中,距离为r,则q1受到q2的作用力F12为
式中F12、q1、q2、r诸量单位都已确定,分别为牛(N)、库(C)、
9×109 N?m2/C2
4、q2受到q1 的作用力F21与F12互为作用力与反作用力,它们大小相等,方向相反,统称静电力,又叫库仑力。
介绍库仑扭称实验。
补充:若点电荷不是静止的,而是存在相对运动,那么它们之间的作用力除了仍存在静电力之外,还存在相互作用的磁场力。关于磁场力的知识,今后将会学到。
(三)库仑定律的应用
【例1】 两个点电荷q1=1C、q2=1C相距r=1m,且静止于真空中,求它们间的相互作用力。
这时F在数值上与k相等,这就是k的物理意义:k在数值上等于两个1C的点电荷在真空中相距1m时的相互作用力。
【例2】 真空中有A、B两个点电荷,相距10cm,B的带电量是A的5倍。如果A电荷受到的静电力是10-4N,那么B电荷受到的静电力应是下列答案中的哪一个?
A.5×10-4N B.0.2×10-4N
C.10-4N D.0.1×10-4N
解:根据牛三定律,应选C。
【例3】 两个完全相同的均匀带电小球,分别带电量q1=2C正电荷,q2=4C负电荷,在真空中相距为r且静止,相互作用的静电力为F。
(1)今将q1、q2、r都加倍,相互作用力如何变?
(2)只改变两电荷电性,相互作用力如何变?
(3)只将r 增大4倍,相互作用力如何变?
(4)将两个小球接触一下后,仍放回原处,相互作用力如何变?
(5)接上题,为使接触后,静电力大小不变应如何放置两球?
答 (1)作用力不变。
(2)作用力不变。
(3)作用力变为 F/25,方向不变。
(4)作用力大小变为 F/8,方向由原来的吸引变为推斥(接触后电量先中和,后多余电量等分)。
【例4】 两个正电荷q1与q2电量都是3C,静止于真空中,相距r=2m。
(1)在它们的连线AB的中点O放入正电荷Q,求Q受的静电力。
(2)在O点放入负电荷 Q,求Q受的静电力。
(3)在连线上A点的左侧 C点放上负点电荷q3,q3=1C且AC=1m,求q3所受静电力。
解 当一个点电荷受到几个点电荷的静电力作用时,可用力的独立性原理求解,即用库仑定律计算每一个电荷的作用力,就像其他电荷不存在一样,再求各力的矢量和。
(1)(2)题电荷Q受力为零。
(3)q3受引力F31与引力F32,方向均向右,合力为:
课堂小结
(1)电荷间相互作用规律:同性相斥,异性相吸,大小用库仑定
(2)电荷间作用力为一对相互作用力,遵循牛顿第三定律。
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