高中物理选修1-1 1.1 电荷 库仑定律 教案

1.1电荷库仑定律教案

一、教学目标

1．知道在什么情况下带电体可看成是点电荷

2．了解电荷的相互作用，并能应用库仑定律解决一些简单的实际问题

3．知道元电荷是实验得出的最小电量，元电荷e=1.60×10-19C

二、重点、难点、疑点及解决办法

1．重点：库仑定律库仑力

2．难点：库仑定律的定性演示

3．疑点：静电力常量K的数值的确定

4．解决办法：讲清库仑定律及适用条件，说明库仑力符合力的特征，遵守牛顿第三定律，说清K的单位由公式中各量单位确定，其数值则由实验确定。为定性演示库仑定律，应使带电小球表面光滑，防止尖端放电，支架应选绝缘性能好的，空气要干燥（采用红外线灯照射空气）。

三、教具准备

玻璃棒，丝绸，系有丝线的包有铝箔的泡沫塑料小球，红外线灯，库仑扭秤模型或挂图。

四、学生活动设计本课学生活动主要集中体现在两处：

1．学生观察演示实验定性分析，两带电体间的作用力大小与距离及带电体的带电量有关。

2．应用库仑定律解决简单实际问题的练习。

五、教学步骤

（一）明确目标

经过本课的讲授使学生知道点电荷、元电荷、库仑力的概念，理解库仑定律及其适用的条件，并能解决一些简单的实际问题；培养学生对实际复杂问题进行简化、抽象的思维能力及如何建立物理模型，渗透物质可分的思想，适当介绍粒子研究的物理学进展。

（二）整体感知

库仑定律是本课的核心，是静电学中的重要知识，它既是电荷间相互作用的基本规律，又是学习电场强度的基础，也是今后学习氢原子结构模型的依据。

（三）重点、难点的学习与目标完成过程

1．创设情景

[提问]用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近包有铝箔的小球，会发生什么情况？让学生猜想，并要求说明理由。

2．实验探索

演示1 演示上述提问内容，结果先吸引，而铝箔与带电玻璃

棒接触后再排斥。这是由于两者接触后带有同种电荷的带电体

间发生相互排斥作用的缘故。

[引导]同种电荷相互排斥，异种电荷互相吸引。那么电荷间相互作用力的大小跟什么有关呢？

演示2 让带电玻璃棒在不同距离上靠近悬挂的带电小球，观察小球悬线偏离竖直方向的角度不同的情况，这说明了什么？启发学生回答。（说明电荷之间作用力随着距离的增大而减少。）为什么？启发学生分析小球的受力情况，当小球平衡时后它所受的电荷间的作用力F=mgtgα（如右图）玻璃棒距小球越远，偏角α越小，表示电荷间作用力越小。

演示3 固定玻璃棒位置，增加悬挂小球带电量，观察偏角α增大的现象。说明了什么？启发学生回答，说明电荷间的作用力随着电量的增大而增大。

3．教师归纳

出示扭秤模型或挂图，简述库仑利用扭秤研究点电荷间相互作用力的大小与电量和距离的关系及控制变量科学研究方法。介绍库仑的实验结论——库仑定律（用幻灯片投影显示）在真空中两个点电荷间的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。

同时应指出

（1）关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作是点电荷。严格意义上的点电荷只是一个理想化的物理模型，实际上是不存在的，类同于质点概念。库仑定律适用于真空中的点电荷。

（2）静电力同样有力的共性，遵守牛顿第三定律。电量不同的两个点电荷相互作用时，所受的静电力也相等。

（3）库仑定律公式中的恒量K是个重要的物理常数

K的单位只能由公式中的其它几个量的单位确定，而它的数值也要由实验确定，并依据计算精度的需要确定数值的有效数字位数（K的精确值是8．98755179×109Nm2/C2，计算中可取K=9.0×109Nm2/C2）。其物理意义为K在数值上等于两个带有单位电量的点电荷在真空中相距单位距离时的库仑力。Q1=Q2=1C r=1m时，F=9.0×109N，与人（约50kg）体重（500N）相比较，体会K值是一个很大的值。这种情况不同于牛顿第二定律规定力的单位，公式中的比例恒量可取作1，可让学生在对比中了解比例关系的公式中为什么有的比例恒量是1，有的却不是1．

（4）元电荷e=1.6×10-19C 经实验测得，任何带电体所带电量都等于一个电子或一个质子所带电量的整数倍，有时也用元电荷作为电量单位。

4．应用分析

（1）阅读课本第4页的例题应用库仑定律计算时，可用所带电量的绝对值进行计算，然后根据电性判断是引力还是斥力。

（2）讨论下述情况，静电力如何变化

a．电量不变，距离增大为原两倍

b．距离不变，其中一个电量增大为原2倍

c．若两个电荷的电量都增大为原的2倍，距离也增大为原两倍

（3）碳原子核，带电量为9.6×10-19C，碳原子核中有几个质

子？（6个）

（4）两个相同的小球，带电后互相接触，如果它们平衡时悬线

间夹角为60°，悬线长度l（如图），小球质量为m．小球

可看作点电荷，则它们所带电量为多少？让学生计算出

六、总结、扩展

库仑定律、公式及适用条件

点电荷的概念

K值的物理意义