选修3-1 1.2 库仑定律
人教版高二物理选修3-1 1.2《库仑定律》教学设计方案与反思
《库仑定律》教学设计方案与反思课题名称《库仑定律》科目高中物理对象高二年级教学时间1课时（40分钟）学情分析学生从初中升入高中，由于社会舆论，对高中课程充满神秘感，心理就有一些胆怯阴影的存在；家长、亲人对学生期望很高，这一殷切希望未能从学生实际出发，却变为学生的负担与压力，成为心理发展的阻力。
由于个性很强，据自己的爱好，有严重的学科倾向性，在学习过程中物理无疑成为个别学生放弃的对象……，诸如这些方面，直接影响学生物理课学习的活动状态、活动方式、活动进程、活动效率与效果。
对此我们就要研究，寻找良好的对策。
教学目标一、情感态度与价值观1、掌握库仑定律，知道点电荷的概念，并理解真空中的库仑定律．2、会用库仑定律进行有关的计算．二、过程与方法1、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．2、渗透控制度量的科学研究方法三、知识与技能通过元电荷的教学，渗透物质无限可分的辩证唯物主义观点．教学重点、难点1.库仑定律和库仑力的教学．2.关于库仑定律的教学教学资源演示实验、多媒体课件教学过程教学活动1一、库仑定律：1、电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
提问：那么电荷之间的相互作用力和什么有关系呢？结论、电荷之间存在着相互作用力，力的大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，电量越大，距离越近，作用力就越大；反之电量越小，距离越远，作用力就越小。
作用力的方向，可用同种电荷相斥，异种电荷相吸的规律确定。
2、库仑定律：内容：真空中两个静止的点电荷的相互作用跟它们所带FQrFmrFFQGm mF F 122222122121 21919113127160160910167=kQ=Gm=kQ=9.01010106.67101010=2.310 111939，，·×××××××××××....-----（2）电荷间作用力为一对相互作用力，遵循牛顿第三定律。
选修3-1 1.2库仑定律2
1.2
库仑定律
三个相同的金属小球a c(其大小可忽略不 1、 三个相同的金属小球a、b和c(其大小可忽略不 ），原来 不带电， 原来c 带等量异种电荷， 计），原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔 一定距离放置，a、b之间的静电力为F 。现将c球分 一定距离放置， 之间的静电力为F 现将c 别与a 接触后拿开， 别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为 A．F/2 B． B．F/4 C． C．F/8 D． D．3F/8
Q1Q2 F =k 2 r
电荷中心连线 电荷中心连线
m1m2 F =G 2 r
质量中心连线
考虑 微观粒子,宏观带电体 微观粒子, 场合 真空
宏观天体
1.2
库仑定律应用
从例题可以看出： 从例题可以看出： 电子和质子的静电力 是它们间万有引力的 2.3× 2.3×1039倍.正因 如此, 如此,以后在研究带 电微粒间相互作用时,Байду номын сангаас电微粒间相互作用时, 经常忽略万有引力. 经常忽略万有引力.
1.2
库仑定律应用----静电力叠加
对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷 受到的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存 在时对该电荷的作用力的矢量和。 1.同一条直线上的静电力的叠加。 2.不在同一直线上的静电力的叠加。
1.2
库仑定律
例1.如图所示，两个点电荷电荷量分别为 -Q和-4Q的点电荷a和b，在真空中相距为 l，如果引入另一个点电荷c ,所受库仑力
若改为” a和b带等量同种电荷 带等量同种电荷”,选( D
)
1.2
库仑定律
两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置， 0.3m的金属球 1.0m放置 2、两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置， 的正电时， 当他们都带1.5× 当他们都带1.5×10−5 C的正电时，相互作用力为 1.5 当它们分别带1.5 1.5× 1.5× F1 ，当它们分别带1.5×10−5 C和−1.5×10−5 C的电 量时，相互作用力为F 量时，相互作用力为F2 , 则 A． F1 = F2 C． F1 ＞ F2 B． F1 ＜ F2 D．无法判断
人教版高二物理选修3-1第一章1.2库伦定律课件
3、视频：小孩被静电打飞了 4、毛皮摩擦过的橡胶棒能把人电飞吗？
课堂探究 大胆猜想影响电荷间相互作用力的因素
距离、电荷量
课堂探究 探究影响电荷间相互作用力的因素的研究方法
控制变量法 保持q不变，探究F与r的关系 保持r不变，探究F与q的关系
实验装置图解
刻度盘与指针
带电小球C 带电小球A
细银丝 平衡小球
刻度
4、实验方法：控制变量法
5、实验步骤：
探究F 与r 的关系：
（1）把另一个带电小球C插入容器并使它靠 近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小 （2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝 扭转的角度，便可找出F与r的关系
探究F 与 q 的关系：
置于 A 左侧
置于 A 与 B 之间
置于 B 右侧
虽然各个电荷受到方向相反的两个力
由 A、B 受力方向 知，必不平衡
由 Q3、B 受力方向 知，必不平衡
作用，但是
B
的电荷量大，距离
Q3
又近，故 Q3 受到的两个力必不平衡
故正确答案为 A。
课堂达标
1.下列说法正确的是 ( C )
A．自然界只有三种电荷：正电荷、负电荷和元电荷 B．元电荷即点电荷 C．“点电荷”是一种理想模型 D．元电荷实质上是指电子和质子本身
库仑
历史发展
此时，人们对万有引力的 研究已经相当深入，已经 知道了“平方反比”规律 的各种表现。很多人受到 不同事实的启发，都猜测 静电力存在“平方反比” 规律。法国学者库仑最先 用实验证明了这一猜测是 正确的。这就是著名的库 仑定律。
库仑定律
物理：1.2库仑定律新人教版选修(3-1)
第1章 静电场
人 教 版 物 理
1 答案： ① F∝ 2 r 中的点电荷
② F∝ q1q2
q1q2 ③ F＝ k 2 ④真空 r
选修3-1
第二节
库仑定律
定性关系： 电荷量越大，距离越小， 电荷之间的作用力越大
定量关系？ r一定时， q一定时，
F q1q 2
1 F r
2 2 F q1 q2 1 F 2 r
4 答案： 7
点评：完全相同金属球接触时电荷分配原则： 同种电荷总电荷平分，异种电荷先中和，剩 余电荷再平分，同时注意电荷守恒定律与库 仑定律的结合．
变式1 (2011·福州中学高二期中 )已知真空 中两点电荷Q与q的作用力为F，现使它们的 带电荷量都增加为原来的 2 倍，并把它们之 间的距离缩小为原来的一半，则此时它们之 间的作用力为( ) A． F B．4F C． 8 F D．16F
一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的 （取决于自身的几何形状大小与带电体之间距离的比较），不 能单凭其大小和形状确定． 2．注意区分点电荷与元电荷
(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷 量的最小单位．
(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带 电量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电量的整数 倍．
力分析时要分别分析． (2)库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了 大自然的和谐美和多样美．
三、库仑定律的应用
1．适用条件：真空中两个点电荷间的相互作用． 2．库仑力具有力的一切性质：物质性、矢量性、相互性等， 两点电荷间的库仑力是相互作用的，其大小相等，方向相反． 3．将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行． 即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电 性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中 从而算出力的大小； 力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以
1.2 库仑定律
B
7、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θ 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 ） O θ A.一定增大 B.一定减小 a C.一定不变 b D.无法确定
q1
q2
观察现象
探究影响电荷间相互作用的因素
猜想：
电荷量
实验装置
间距
观察现象
改变小球电量和两小球间距离
q1
q2
观察小球偏离竖直方向的夹角大小，对应两球间静电力的大小
结果分析
电荷之间作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大而减小
二、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
三、库仑扭秤实验
实验装置
C A
B
库 仑 扭 秤 构 造
刻度盘与指针
巧 妙 的 实 验 设 计 ， 小 量 放 大 的 思 想
库仑扭秤的设计
细银丝
“ 点 电 荷 ” 理 想 模 型 的 建 立
带电小球C 平衡小球B 带电小球A
分自 配然 原的 理对 的称 应性 用与 守 恒 性 中 电 荷 等 量
第一章
第二节
静电场
库仑定律
人教版选修3-1
一、库仑力（静电力）
静止的电荷间的相互作用 ——库仑力（静电力）
电荷间的相互作用的强弱和什么有关？
库仑力的大小和什么有关？
探究影响电荷间相互作用的因素
猜想：
电荷量
间距
实验装置
观察现象
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，对应两球间静电力的大小
库仑定律
困难解决2
电荷分布
科学抽象
点电荷
困难解决3
力的测量
杠 杆 启 示
库仑扭秤
q1 q2 库仑定律： F k 2 r
适用条件：真空中的点电荷
随堂练习2: 根据库仑定律公个相同的带电金属小球A和B，相距固定为r，A带 电为+q和B为+2q，它们之间相互作用力的大小为F。有一个不 带电的与A、B相同的金属球C，当C先后跟A、B小球各接触一 次后拿开，那么此时A、B间的作用力的大小为（ ） C A．5F/64 B．F/8 C．5F/16 D．5F/8
选修3-1 1.2库仑定律
授课人：何文强
猜想背景
F引力 m1 m2 G 2 r
普利斯特利 卡文迪许
大胆猜想： 带电体间力与万有引力一样遵循“平方反比”规律 实验验证 三大困难：电量计算 电荷分布（测距离） 测微力
库仑
随堂练习1: 有三个完全一样的金属球，A球带的电荷量为q，B、C 均不带电。现要使B球带的电荷量为3q/8，应该怎么办？
启示： 多点电荷间库仑力可求
复杂带电体间库仑力可求
作业布置
完成问题与练习:2、3 作业要求：有必要文字说明 书写、画图要规范
例题2：真空中有三个点电荷，它们固定在边长为50cm的等边 6 2 10 c 三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 求它们 各自所受的库仑力。
q 3 共受F 1和F2两个力的作用， q1 q 2 q 3 q, 相互距离r 都相同，所以 q 2 9.0 109 (2 106 ) 2 F 1 F 2 k 2 N 0.144N 2 r 0. 5 根据平行四边形定则， 合力是 F 2 F 1cos30 0.25N 合力的方向沿q1 与q 2 连线的垂直平分线向外 。
1.2库仑定律(选修3-1)
• 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，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 其看作有电荷量的点(R<<r)
– ②均匀带电球体或球壳对其外部点电荷r
的作用，r是两球心间的距离
– ③公式不适用于 r 0的情况
课堂训练
1、关于点电荷的下列说法中正确的是：
θ
++
+ A+
B
++
• 两个电荷量分别为Q和4Q的负点电荷a、b， 在真空中相距为l，如果引入另一个点电荷c，正 好能使这三个点电荷都处于静止状态，试确定 点电荷c的位置、电性及它的电荷量．
• 思路图解：
解析： 依题意作图，如图所示， 设点电荷 c 与 a 相距为 x，则 b 与
c 相距为 l－x，c 的电荷量为 qc. 对点电荷 c，其所受的库仑力的合力为零，即 Fac＝Fbc. 根据库仑定律有：k＝qxcQ2 ＝kql－c·4xQ2 解得：x1＝13l，x2＝－l
静电力 库仑定律
1.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。
2.知道点电荷的概念，体会科学研究中的 理想模型方法。
3.理解库仑定律的内容、公式及适用条 件，知道静电力常量，并会求点电荷间 的作用力。
4.通过对比静电力和万有引力，体会自然 规律的多样性和统一性。
荷均在电场力的作用下处 于平衡状态，则C应带电 性质及位置应为( )
• A．正 B的右边0.4 m处
• B．正 B的左边0.2 m处
• C．负 A的左边0.2 m处
• D．负 A的右边0.2 m处
• 解析： 要使三个电荷均处于平衡状态，必须 满足“两同夹异”“两大夹小”的原则，所以 选项C正确．
选修3-1.1-2库伦定律
1．2库仑定律导学案物理备课组 主备人：一．电荷间的相互作用力自主阅读课本P5的实验猜想：静电力的大小：可能与哪些因素有关，说出猜测的理由？问题2：该实验能证实我们的猜想吗？那么这一问题是由谁解决的？二．库仑的实验——库仑扭称实验阅读课本P6的实验问题3:（1）库仑的实验装置是怎样的？与哪个实验很相似？（2）库仑用到什么研究方法？（3）如何解决电荷测量问题,验证F 与Q 的关系？如何验证 F 与r 的关系？（4）库仑的实验得出了什么结论？三．库仑定律自主阅读课本（1）内容：（2）公式：问题4：库仑力的公式与哪个力的公式很相似？库仑定律是否也有适用条件呢？（3）适用条件：问题5：什么是点电荷？与哪个理想模型的定义很相似？问题6：库仑定律中的常量K 是怎样得出的？物理意义是什么？（4）静电力常量K 的值:（5）库仑力合成和分解遵守的法则：【例题1】：已知氢核（质子）质量1.67×2710-kg ．电子的质量是9.1×3110-kg ，在氢原子内它们之间的最短距离为 5.3×1110- m 。
试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
思考：1.库仑定律中的q 1和q 2是否带正负号？2.此题的结论说明什么问题？三．库仑定律的应用例题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 +2 ×-610 c,求 其中一个电荷所受的库仑力。
课堂训练1. 两个质量分别是m 1、m 2的小球，各用长为L 的丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q 1、q 2时，两丝线张开一定的角度，如图所示，则下列说法正确的是（ ）A.B.C.D.2.在光滑的绝缘水平面上放着带电小球甲和乙，若它们带电荷量的关系是，质量的关系是，则它们在库仑力作用下产生的加速度之比是（ ）A. B.C. D.3.如图所示，三个点电荷固定在一直线上，的距离为距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比为（ ）A. －9：4：－36B. 9：4：36C. －3：2：－6D. 3：2：64. 竖直墙面光滑且绝缘，地面粗糙也绝缘，小球A 、B 带有同种电荷，用指向墙面的水平力F 作用于小球B ．两球分别静止在竖直墙面和水平地面上，如图所示，若将小球B 向左推动少许，当两球重新达到平衡时，作用于B 的水平力仍为F ，与原来的平衡状态相比较( )A ．地面对B 球摩擦力变大B ．地面对B 球支持力变大C ．竖直墙面对小球A 的弹力变大D ．AB 两球之间距离变大5.两个相同小气球带等量电荷（可看作点电荷），两气球相距为L 0，细线间夹角为θ，悬挂物体的质量为m ，气球悬浮在空中不动，求气球的带电量。
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Q1、Q2、r M、m、r
库仑定律
使用心得
点拨提高
1.电荷量用绝对值代入，不要带+、-号 2. 库仑力的方向：在它们的连线上。
同种电荷 异种电荷
3.力的作用有相互性，q1、q2可不等，F、F’必相等 4.典型实例: 带电球体、空心带电球壳等
多个点电荷的问题
q1
q3
点拨提高
q2
实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电 荷的存在而有所改变。因此两个或两个以上点电荷某 一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷 的作用力的矢量和。
课堂训练
1、关于点电荷的下列说法中正确的是： A .真正的点电荷是不存在的． B .点电荷是一种理想模型． C .足够小的电荷就是点电荷． D .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的 尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究 的问题的影响是否可以忽略不计
ABD
想一想
互助学习
在理解库仑定律时，根据公式 F＝kQr1Q2 2，
复习巩固
1、自然界存在两者电荷 （1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 （2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷 2、使物体带电的方式 (1)摩擦起电 (2)感应起电-近异远同 (3)接触起电 3、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消失，只能从一个
物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部 分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。这个结论称为 电荷守恒定律
典 【例题2】：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm
题
的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2 × 10-6 c, 求 它们所受的库仑力。
评
析
解：q3共受F1和F2两个力的作用，q1=q2=q3=q，相互间的距离 r 都相同,
所以
q1
q2 9.0 10 9 2 10 6 2
r F1=F2=K 2 =
0.52
N
F2 q3
30° F
=0.144 N
根据平行四边形定则，合力是:
q2
F1
F 2F1 cos 30 0.25 N
合力的方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外.
小结
1、内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟 它们的电荷量的乘积成正比,跟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、公式：
=（9.0×109）×5.310112=8.2×10-8 N
F万
G
m1m2 r2
6.7 1011
1.67 1027 9.11031 5.31011 2
N
3.61047 N
F库 2.31039
F万
可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观粒子 的相互作用时，可以把万有引力忽略。另外,二者的性质也不同。
典题评析
【例题1】：已知氢核（质子）质量1.67×10-27kg．电子的质量是
9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢
核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
解：氢核与电子所带的电荷量都是 1.6×10-19c.
F库
k
q1q2 r2
1.6 1019 1.6 1019
6、带电体的电荷量与质量的比值叫做比荷
电荷间相互作用的规律
§1.2 库仑定律
自主学习：
电荷守恒定律的两种表述分别是？
库仑定律
真空中两个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,同种电荷相互排斥,异种 电荷相互吸引。
大小：
其中K叫静电力常量：k=9.0×109N·m2/C2 适用范围：1.真空中
点拨提高
库仑定律与万有引力定律的比较：
定 律
公式
公式 适用 共同点 范围
不同点
影响大小 的因素
库
仑 定 律
F
k
Q1Q2 r2
点电 荷
万有 引力
F G Mm
定律
r2
质点
①都与 距离的 平方成 反比。 ②都有 一个常 数。
与两个物 体电量有 关，有引 力，也有 斥力。
与两个物 体质量有 关，只有 引力。
故
k=9.0×109N·m2/C2 3、适用条件：⑴ 真空 ⑵ 点电荷
4、点电荷：是一种理想模型.当带电体的线度比起相 互作用的距离小很多时,带电体可视为点电荷.
当堂检测
1、 三个相同的金属小球a、b和c，原来c不
带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定
距离放置，a、b之间的静电力为F 。现将c
球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的
的带电体．
r
C .根据 F 0 时，F
k ∞
q1q2 r2
可知，当
D .静电力常量的数值是由实验得到的．
D
课堂训练
3、真空中有A、B两个点电荷，相距r时相互 作用力为F，欲使它们之间的相互作用力变 为F/4，下列说法可行的是（ ）
A、将它们的距离变为r/2 B
B、将它们的电荷量均变为原来的一半 C、将它们的距离变为r/4 D、将它们的电荷量均变为原来的2倍
静电力将变为（ ）C。
A．F/2
B．F/4
C．F/8
D．3F/8
当堂检测
2、有三个完全相同、大小可以忽略的金属小球A、 B、C，A带电量7Q，B带电-Q，C不带电，将A、B 固定起来，然后让C球反复与A、B接触，最后移去C 球，试问A、B间的库仑力变为原来的多少？
解：由于C在A、B间反复接触，故最终三个球的带 电量必相同。
2.点电荷：忽略大小的带电体 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力.
点电荷
1、在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本 身的线度远小于它们之间的距离．带电体本身的 大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说 可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷。 2、点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象， 是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化 的模型。 3、点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电 量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质 点”类似。
推导出当 r→0 时，F→∞的结论是否正确？
分析：不正确.从数学角度分析当 r→0时，F→∞的结论是正
确的，但从物理角度分析当r→0时，两电荷已失去了作为点 电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出 现r＝0的情况．
课堂训练
2、下列说法中正确的是：
A .点电荷就是体积很小的电荷．
B .点电荷就是体积和带电量都很小