对_探究影响电荷间相互作用力的因素_演示实验的一点建议_居津
在人教 版 “库 仑 定 律 ”教 学 时，教 材 首 先 通 过 演示 “探究影响电荷间相互作用力的因素”的定性 实验引入．一 方 面 突 现 类 比 的 方 法 在 该 定 律 建 立 过程中所起的重要 作 用，另 一 方 面，库 仑 的 实 验 是 建立该定律 的 重 要 基 础，该 实 验 结 果 有 力 地 证 实 了多位科学 家 的 猜 想，所 以 这 个 演 示 实 验 显 得 尤 为重要．它不仅丰富 了 学 生 的 感 性 认 识，而 且 体 现 了探究电荷间相互作用力与哪些因素有关的过程 与方 法．由 此 可 见，做 好 这 个 实 验 非 常 关 键．但 这 个演示实验 成 功 率 非 常 低．对 于 条 件 好 的 学 校 可 以用范式起电机来 演 示，但 如 果 没 有 范 式 起 电 机， 甚至连韦氏起电机都没有时很多学校会选择放弃，
折不要形成尖端．在 导 体 球 表 面 覆 盖 一 层 塑 料 纸，
再在塑料纸表面覆盖一层铝箔纸并用鳄鱼夹将铝
箔纸接地．这 样 操 作 的 目 的 是 使 导 体 球 与 铝 箔 纸 形成一个 电 容 器．［１］可 以 利 用 韦 氏 起 电 机 的 一 个
金属球靠近 露 出 的 铜 丝，从 而 使 与 铜 丝 连 在 一 起
然，要 让 实 验 成 功 的 首
要条件是让球形导体带
大量 的 电 荷．一 般 做 法
是用感应起电机的一个
金属球 靠 近 球 形 导 体，
用感应起电机使球形导 体 带 电 （如 图 ２）．实 际 上
图２
这种做法使导体球所带的电荷量远不能达到本实
验的要求，如果是人 多 潮 湿 的 环 境，用 这 种 方 法 使
球形导体带电，效果 不 佳．而 且 用 这 种 操 作 方 法 具
体实施时，起 电 机 的 导 体 球 和 球 形 导 体 间 容 易 产
生放 电 现 象，从 而 使 导 体 球 带 电 荷 量 更 是 微 乎
其微．
建议可采 用 以 下 做 法：在 导 体 球 与 绝 缘 支 柱
接触处可用 铜 丝 绕 一 圈，并 将 铜 丝 露 出 的 一 端 弯
（ａ）
（ｂ）
图３
悬线的选 择．悬 挂 用 的 线 最 好 使 用 质 量 较 小 的绝缘丝线 或 钓 鱼 线．在 悬 挂 前 可 用 石 蜡 涂 抹 绝 缘丝线以防静电摆漏电．
静 电 摆 离 球 形 导 体 的 距 离 ．静 电 摆 与 导 体 球 的 距 离 不 宜 过 远 ，以 不 带 电 竖 直 悬 挂 时 两 球 不 接 触 为 佳 ．同 时 可 以 在 每 个 静 电 摆 下 方 （上 方 也 可 ） 做 竖 直 标 记 ，从 而 观 察 每 个 静 电 摆 偏 离 竖 直 方 向 的 角 度 ，如 图 ４ 所 示 ．如 果 是 一 个 静 电 摆 也 可 以 做 角 度 标 记 ，以 观 察 其 偏 离 竖 直 方 向 的 角 度 改变．
图５
解 析：（１） 设 运 动 员 从 开 始 自 由 下 落 至 １．５ｋｍ高 度 处 所 经 历 的 时 间 为ｔ，下 落 距 离 为ｓ，在 １．５ｋｍ 高度处的速度大小为ｖ．由运动学公式有
ｖ＝ｇｔ，
（１）
ｓ＝ １２ｇｔ２ ，
（２）
ｓ＝（３．９×１０４－１．５×１０３）ｍ．
（３）
因本试 题 条 件 “３９ ｋｍ”、“１．５ ｋｍ”、“ｇ＝
导体球的漏电．建 议 绝 缘 支 柱 要 洁 净，如 果 表面有污垢可用丝绸 擦 拭．同来自时，在 实 验 操 作 时 务 必
在 绝 缘 支 柱 下 方 垫 石 蜡 ，保 证 没 有 漏 电 ．
（２）静 电 摆 ．
静电摆的 制 作：静 电 摆 应 该 用 导 体．在 人 教 版
《物 理》选 修 ３－１《教 师 教 学 用 书 》中 也 提 供 了 两 种 静
图４
参考文献：
１ 陶 洪．物 理 实 验 论 ［Ｍ］．桂 林：广 西 教 育 出 版 社， １９９６，１２．
２ 课程教材 研 究 所．教 师 教 学 用 书 ［Ｍ］．北 京：人 民 教 育 出 版 社 ，２０１２，１０．
（收 稿 日 期 ：２０１４－０８－２４）
— ４９ —
电摆的制作．本文对其中一种方法加以改进．如果用 泡 沫 塑 料 ，《教 师 教 学 用 书 》中 指 出 可 以 在 外 面 包 一 层铝箔纸．但是实际操作时有一定的困难，用铝箔纸 包裹表面不会非常光滑，易形成尖端导致漏电．
建议可采 用 以 下 做 法：一 般 都 不 会 正 好 有 符 合大小要求 的 泡 沫 小 球．所 以 可 以 先 用 小 刀 削 一 个大小适中的小球（直径 大 约 在 １ｃｍ 为 佳）．但 该 小球不会非常圆．我 们 可 以 再 将 小 球 放 手 中 揉 搓， 使其圆小球 上 或 撒 在 小 球 上 也 可．待 胶 水 干 后 将 大头针拔出，留下过 直 径 的 孔 可 用 于 穿 丝 线 悬 挂， 如图３所示．这 样 可 制 作 一 个 体 积 可 控 制 质 量 又 不大的静电摆．
１０ｍ／ｓ２”均为２位 有 效 数 字，所 以，联 立（１）～ （３）
式 可 得ｔ＝８７ｓ，ｖ＝８．７×１０２ ｍ／ｓ．
（２）运动员达到最大 速 度ｖｍ 时，加 速 度 为 ０，
由牛顿第二定律有
Ｍｇ＝ｋｖｍ２．
（４）
由所给的ｖ－ｔ 图像可读出
ｖｍ ≈３６０ ｍ／ｓ．
（５）
因试题已 经 明 确 “结 果 保 留 １ 位 有 效 数 字 ”，
这对教学效 果 会 大 打 折 扣．那 么 究 竟 哪 些 因 素 会
影响这个实 验 的 成 功 率，在 没 有 起 电 机 的 条 件 下
能使实验成功吗？本文将做详细分析．
１ 影 响 因 素
观 察 这 个 实 验 （如
图１），所 涉 及 到 的 主 要
仪器有两个：球形导体 Ｏ
和 静 电 摆．影 响 因 素 自
的导体球感 应 带 电，并 在 电 容 器 的 另 一 极 铝 箔 纸
上感应出相 同 的 电 荷．在 没 有 起 电 机 的 条 件 下 也
可以用起电 盘 反 复 多 次 与 铜 丝 接 触，使 其 带 有 足
够的电荷．接着移走 铝 箔 纸 和 塑 料 纸．相 当 于 将 电
容器的一个 极 板 移 开，这 样 迅 速 减 小 了 电 容 器 的
离 ．（３）悬 挂 线 的 选 择 ．
２ 建 议 与 对 策
（１）球 形 导 体 ．
球形导体 的 选 择．球 形 导 体 可 选 择 适 当 大 些
并要求表面 光 滑 洁 净，不 能 有 锈 斑 或 破 损 的 金 属
球 ，否 则 易 在 锈 斑 处 形 成 尖 端 导 致 漏 电 ．
导 体 球 的 带 电．显
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２ （２０１５）
物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
第 ３６ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年
对“探究影响电荷间相互作用力的因素” 演示实验的一点建议
居 津
（江苏省苏州实验中学，江苏 苏州 ２１５０１１）
摘 要：“探究影响电荷间相互作用力的因素”演示实验有着重要 的 作 用．但 这 个 演 示 实 验 的 成 功 率 很 低 ，究 竟 哪些因素会影响这个实验的成功率呢？在没有良好器材的条件下能演示好这个实验吗？本文将做详细分析． 关 键 词 ：球 形 导 体 ；静 电 摆
所 以 由 （４）、（５）式 解 得ｋ＝８×１０－３ ｋｇ／ｍ．
中学物理 中 的 有 效 数 字 问 题 看 似 很 小，实 则
极为重要，它 关 乎 学 生 科 学 素 养 以 及 思 维 品 质 的
培养 和 提 高．愿 广 大 教 师 关 注 细 节、严 谨 教 学，重
视中学物理中的有效数字问题．
（收 稿 日 期 ：２０１４－１０－０３）
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第 ３６ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年
物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２ （２０１５）
分 析 静 电 摆 ：（１）静 电 摆 的 质 量 与 体 积 会 直 接
影响它的 摆 动 程 度．（２）静 电 摆 离 球 形 导 体 的 距
然也来自于这两个方面．
图１
分析球形导体：（１）球 形 导 体 的 带 电 荷 量．这
是 实 验 能 否 成 功 的 重 要 因 素 之 一 ．（２）带 电 的 球 形
导体是否漏电．
状，横截面积及空气 密 度 有 关，已 知 该 运 动 员 在 某 段时间内高速下落的ｖ－ｔ 图像如图５ 所示，着 陆 过 程中，运动员和所携 装 备 的 总 质 量 ｍ＝１００ｋｇ，试 估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力 系 数 （结 果 保 留 １ 位 有 效 数 字 ）．
正对面积增 大 两 极 板 的 间 距，从 而 使 电 容 器 两 极
板 间 电 压 迅 速 减 小 为 ０，以 此 来 达 到 使 导 体 球 带 大
量电荷的目的．用这 种 组 成 电 容 器 的 方 法，不 仅 可
以使导体球 带 足 够 的 电 荷，而 且 在 没 有 起 电 机 的
条 件 下 也 可 以 实 现 ．对 器 材 的 要 求 不 是 很 高 ．
“探究影响电荷间相互作用力的因素”实验改进
“探究影响电荷间相互作用力的因素”实验改进作者：薛祝其来源：《物理教学探讨》2008年第07期人教版高中物理选修3-1第一章第二节中有个演示实验——探究影响电荷间相互作用力的因素（），如图1所示。
该实验要求把系在丝线上的带正电小球先后挂在图中的、、等位置，目的是通过丝线偏离竖直方向的角度来比较小球在不同位置所受带电体的作用力大小。
而在实际教学中，由于静电实验做起来有困难，主要是小球所带电量会因实验器材、天气等因素而逐渐减少，同时，悬挂在铁架台上的带电小球，在三个不同位置受力的大小通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来的对比性较差，这些都影响了实验的效果，降低了实验的成功率，因而不少教师往往都是照本宣科，说说而已。
这样做既违背了教材编写的意图，无法体现新课程三维教学目标，也失去了激发学生学习物理兴趣、发展学生思维能力和观察能力的机会。
如果利用感应起电机来做此实验，则可以较好地解决这个问题。
1 实验的改进感应起电机是一种能连续取得并积累较多正、负电荷的实验仪器，它能使带电物体和带电小球带有足够多的电量且相对稳定，从而增强相互作用的对比性，易于观察现象。
具体的实验装置如图2所示，将两个铝箔泡沫塑料球用细漆包线悬挂在铁架台绝缘杆上，并分别位于感应起电机上放电球的两侧，通过绝缘导线与放电球相连。
调节细漆包线的长度和放电球的位置，使它们在同一水平线上。
实验时应注意以下几点：（1）所做的塑料球大小应尽可能相同，刮净细漆包线上绝缘漆，以保证与包裹塑料球的铝箔接触良好。
（2）因只用感应起电机上的一个放电球，故要将另一个放电球尽可能地调节远离一些，以免产生放电现象。
（3）为了增强实验效果，开始时可将放电球置于两个塑料球的正中间，均匀地摇动感应起电机，会发现两个塑料球几乎对称地分开，然后沿着两个塑料小球的连线，缓慢地向左（或右）移动放电球，让学生观察现象。
（4）如果实验时空气潮湿，可用取暖器或大功率灯泡对实验装置加热，以提高实验的成功率。
探究影响电荷间相互作用力的因素实验的改进
众所周 知 ， 电实 验是 中学 物 理 中 比较 困难 静 的实验 ， 困难 的原 因主要 是 对 静 电 仪器 绝 缘 部 其 分 的绝 缘性 能要求 特别 高 。以本实 验 中要 用 到的 球形 导体 为例 ， 球形 导体对 地 电容为 ｃ， 电量 设 带 为 Ｑ， 支撑 导体球 的绝 缘杆 的 电阻为 尺， 体球 、 导
不浸润 性 的材料 ， 如石蜡 ， 以把石 蜡涂在 绝缘 支 可
柱上 。
（） ２ 为保证 绝缘性 ， 个装置 放在一 块 大 的有 整
机 玻璃 上 ， 验时 手不触 碰导体 球 的绝缘支 柱 ， 实 不 移动导 体球 ， 只移 动带 电小球 。 （） ３ 改进装 置 。为了提 高实验 的精确 度 ， 还要 尽 量缩 短实验 时 间。为此 ， 当改进 实验装 置 ， 适 使 实 验时操 作更 简便 。 实验 装置 中主体结 构 不变 ， 图 ２ 如 ａ所示 。悬 挂小球 用 的有 机 玻璃 板 或是 木板 条 中间镂 空 ， 如
上先 画上一 根直线 ， 把导 体球 中心置 于直 线上 ， 并 标 出绝缘 底 座 （ 直 径 方 向 ） 直 线 的两 个 交 点 沿 与 Ａ 、 Ａ 、 的中点 即 为 导体 球 的球 心 位 置 Ａ 。Ａ ， 。 Ａ 。
棒（ 电阻率 约为 １ ｍ ｍ） 其 电阻 约为 ２５Ｘ ０ ｎ・ ｍ ／ ， ．
１“ ０ ｎ。对 应 时 间常 数 ｒ＝Ｒ Ｃ＝１２ ｓ ．５ 。根 据 上 式
可得 ， 电不 到 ３ ， 放 ｓ 电量 就剩下 原来 的 ０ １ 。如 ．倍 果 绝缘 杆是石 蜡 材料 制 成 的 （ 电阻 率 约 为 １ ０ ｎ・ ｍ Ｉ／ Ｉ ｍ）其 电 阻 约 为 ２ ５Ｘ １ ｎ， 间 常 数 ｒ＝ ｌ ， ２ ． ０ 时
1.2库仑定律(2)
小球(均可视为点电荷),固定在相距为r的两处,它们
间库仑力的大小为F,两小球相互接触后将其固定距
离变为 r , 则两球间库仑力的大小为
A. 1 F 2 B. 3 F
C. 4 F
12
4
3
D.12F
【思路点拨】(1)正负电荷接触时，先发生正负中和. (2)正负电荷中和之后剩余的电量平分. (3)应用库仑定律公式求解.
【解析】选B.带电体能否看成点电荷，不能以体积大 小、电荷量多少而论，故A、C、D错.一个带电体能否 看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要 求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以 忽略，即可视为点电荷.故B正确.
知识点2：库仑定律 2.对于库仑定律的理解错误的是( ) A.库仑定律适用于真空中的点电荷 B.当半径为r的两带电小球相距为r时，可用库仑定律 计算它们间的静电力 C.在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定 律计算 D.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相 同，它们各自所受的库仑力大小一定相等
【自主解答】选C.两金属球间原来的库仑力
Q 3Q 3Q2 F=k r2 =k r2 ,
两球接触后各带相同电量Q′=
-Q+3Q 2
=Q,
又因它们的距离变为
r 2
,
所以此时两球间
的库仑力F′=
k
Q (r
Q )2
=k
4Q2 r2
=
4 3
F,
故C项正确.
2
知识点1：影响电荷间相互作用力的因素 1.下列关于点电荷的说法中，正确的是( ) A.体积大的带电体一定不是点电荷 B.当两个带电体的形状和大小对它们间相互作用力的 影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷 C.点电荷就是体积足够小的电荷 D.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体
“电荷间相互作用”演示实验的探究和改进
“电荷间相互作用”演示实验的探究和改进作者：蒙利锋来源：《中学教学参考·理科版》2013年第02期对于初中八年级物理第一册第五章中“电荷间相互作用”的演示实验，多年来，许多同仁对该实验进行改进，并提出了实验中存在的问题，如悬挂的细线用多股还是单股或用多细的铜丝才能避免悬挂的带电体不停地转动。
对此，笔者经过多年的研究，对该实验进行了重新设计和改进。
一、实验中发现的问题教科书中的实验装置如图1所示，原实验是用细绳（细线）将带电体（玻璃棒或橡胶棒）悬挂起来。
图1实验中发现悬挂着的带电体不论是有风无风的情况下都是在水平方向不停地自由转动。
等到反转过来时也不停地转动起来，这可能是细线的扭曲作用。
我们先用单股棉线来做实验，结果还是一样，改用细铜丝实验发现效果稍好，但悬挂的带电体仍不停地水平转动。
实验装置灵敏度很低，教师很难让学生观察到带电体是否已经被吸引或被排斥的明显现象，同时被悬挂的带电体被吸引或被排斥过程中，由于惯性也很难使它停止偏转，实验的可见度差，信服率低，严重时会使演示无法进行，增大了实验的操作难度。
二、解决实验存在的问题图2针对上述实验发现的问题，我们将原来的悬挂法改为成等臂杠杆形式，把带电体放在支架的顶针轴上，如图2所示。
由于支架与顶针轴之间存在着摩擦作用，就能解决了悬挂法中被悬挂的带电体不停自由转动和由于惯性不能停止转动的问题。
三、实验仪器制作与实验的改进1.支架的制作在废旧铝合金（规格宽度12～15mm）上割切长度为150mm的铝片两块，制成如图3所示的装置，并按图中的位置钻五个小孔，在A处用钢钉扎一个小坑，用横截面积6mm2的铝线芯把两块铝片铆在一起，再放在顶针轴（可用指南针支架）上调试使其在水平位置平衡。
图32.实验装置与演示（1）如果空气湿度过大，在实验前先将玻璃棒、橡胶棒、丝绸、毛皮等放入自制的烘干箱的上层（烘干箱可以用体积355mm×263mm×232mm的纸箱做成上下两层，下层装一个PZ220V，25W的白炽灯，灯泡功率不宜过高，因温度过高会使玻璃棒也会带负电）烘干5分钟左右。
探究影响电荷间相互作用力的因素
探究影响电荷间相互作用力的因素实验目标：1.探究影响电荷间相互作用力的因素2.进一步熟练控制变量法的应用实验原理：如下图所示，同种电荷相互作用，当带电小球静止时达到受力平衡状态时，对小球受力分析，由平行四边形定则可知，F＝mgtanθ,当θ变大时，F变大；当θ变小时，F变小。
实验器材：一带正电的物体，两个带不等量正电荷但质量相同的小于，绝缘支架，铁架台，绝缘细线实验过程：实验步骤：把一个带正电的物体放在A处，另把一个带正电的轻质小球系在丝线上，先后挂在P1、P2、P3等位置（下图）。
小球所受电荷作用力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。
观察小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度，可以比较小球所受力的大小。
再把小于挂在某个位置，增大或减小它所带的电荷量，比较小球受力大小的变化。
注意事项：1.在探究过程中，使带正电的小球放在绝缘座架上，注意调整好绝缘座架的高度与丝线的长度，使带正电的小球与丝线悬挂的小于中心在同一水平线上。
2.对于库仑力的大小，可以通过丝线悬挂时的角度体现出来，进行定性比较。
3.如果要使结论更准确，可以尝试用白纸把丝线的倾斜轮廓画出来。
实验结论：电荷之间的作用力跟哪几个因素有关？有什么关系？写出关系式。
实验拓展：1.控制变量法在本实验中是怎样应用的？如果将带正电的物体改为带负电的物体，能否进行实验？2.为探究电荷间的相互作用力有关的因素，采用以下实验装置：实验器材：两个大小相同的小球带有同种电荷（可看作点电荷），质量分别为m1和m2，带电荷量分别是q1和q2实验步骤：用绝缘线悬挂后，因静电力而使两悬线张开，分别与铅垂线方向成夹角θ1和θ2,且两球同处一水平线上，如图所示，θ1＝θ2,实验分析：两小球处于静止状态，故可用平衡条件去分析．小球m 1受到F 1、F 、m 1g 三个力作用，建立水平和竖直方向建立直角坐标系如图1—2—4所示，此时只需分解F 1.由平衡条件得：0sin 11221=-θF r q q k 0cos 111=-g m F θ所以 .21211gr m q kq tg =θ 同理，对m 2分析得：.22212gr m q kq tg =θ因为21θθ=，所以21θθtg tg =，所以 .实验结论：可见，只要 ，不管q 1、q 2如何，1θ都等于2θ.讨论：如果m 1> m 2,1θ与2θ的关系怎样？如果m 1< m 2,1θ与2θ的关系又怎样？(两球仍处同一水平线上)因为.21211gr m q kq tg =θ .22212gr m q kq tg =θ 不管q 1、q 2大小如何，两式中的221gr q kq 是相等的．所以 时，1θ<2θ, 时，1θ>2θ.答案：如果m 1> m 2,1θ与2θ的关系怎样？如果m 1< m 2,1θ与2θ的关系又怎样？(两球仍处同一水平线上)因为.21211gr m q kq tg =θ .22212gr m q kq tg =θ 不管q 1、q 2大小如何，两式中的221gr q kq 是相等的．所以m 1> m 2时，1θ<2θ, m 1< m 2时，1θ>2θ.考题回放1.(2015·浙江高考)如图所示,用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1kg 的小球A 悬挂到水平板的M 、N 两点,A 上带有Q=3.0×10-6C 的正电荷。
电荷间的相互作用
定量研究
三大困难： 1.这种作用力非常小，没有足够精密的测量器具。 2.连电量的单位都没有，当然就无法比较电荷的多少了。 3.带电体上电荷的分布不清楚，难以确定相互作用的电荷 之间的距离。
卡文地许扭称实验—— 对称性—— 质点——点电荷
放大思想 转化思想 均分思想 模型思想
条件： 真空中、点电荷
，跟它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在两个点电 荷的连线上
公式：力常量k = 9.0×109N·m2/C2 适用条件：真空中，点电荷——理想化模型
课堂练习
考向1：对点电荷的考查 【例1】下面关于点电荷的说法正确的是（ ）
A.只有体积很小的带电体才能看成是点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，
（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。
例题2:已知氢核质子的质量m2×10-27 kg电子的质量
m1×10-31kg
10-19C
原子内电子与质子间的最短距离为×10-11m。试比较氢
原子中氢核和电子之间的库伦力和万有引力。
课堂小结
1、影响两电荷之间相互作用力的因素：1．距离．2．电量．
2、库仑定律 内容表述：力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比
F'
k
2 2 1010 r2
F’＝F / 6
A球和B球原来所带电量分别为＋4×10-5C 和－ 6×10-5C
考向3：库仑力的叠加
例题3： 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+2×10-6它们各 自所受的库仑力。
浅谈“电荷间的相互作用”实验再改进
浅谈“电荷间的相互作用”实验再改进作者：韩鸣明来源：《课程教育研究·学法教法研究》2018年第06期【摘要】电荷间的相互作用是初中物理电学的起始实验课，起到激发学生学习兴趣的作用，然而，教材中的演示实验在实际操作中，存在着摆动和转动等问题，笔者经过多年的教学经验，从四个方面对本实验进行了改进，起到了很好的教学效果。
【关键词】电荷间的相互作用演示实验实验改进【中图分类号】G634.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）06-0267-01电荷间的相互作用实验是九年级物理第十五章第一节内容，多年来，许多同仁对本实验进行了改进，然而，实验改进本就是一个永无止境的过程，我经过多年的教学实践，根据实验中发现的问题，对本实验从四个方面进行了改进，取得了很好的教学效果。
原实验是一个演示实验：用细线将玻璃棒或橡胶棒悬挂起来，实验中发现悬挂着的带电体容易摆动和来回自由转动，而摩擦产生的电荷又是有限的，等到停下来，效果已经不明显了。
作为初中电学的起始课，也是作为初中电学的第一个实验，它的地位和作用是显而易见的。
我觉得一个这样的演示不足以让学生刚刚接触电学时激发学生对学习的热情，于是我从四个方面对该实验进行了改进。
首先，第一个方面是演示实验的改进：变悬挂式为支撑式，如图1，由于转轴和底座之间存在一定的摩擦，所以容易停下来，解决了以上问题，还有就是方便，不用拿一个很重的支架和挂线问题，三是价格便宜，3块钱一对。
效果非常理想。
第二个方面是增加分组实验，要利用实验挖掘学生主动学习的一面，主动性学习同学们在观察了老师的演示实验后，肯定很想亲自动手尝试一下，我用非常简单的器材来验证电荷间的相互作用，参与率可以说达到100%。
实验器材选用透明胶带。
先剪下一段透明胶带粘在桌面上，然后再它的旁边粘上第二条相同的胶带，将二者迅速拉起，由于两个胶带带电方式相同，这样就验证了带电体的一条重要特征——同种电荷相互排斥。
点电荷间相互作用力的探索过程及启示
点电荷间相互作用力的探索过程及启示点电荷间相互作用力的探索过程及启示甘肃省武威市武威二中王惠芳选自《中学物理教学参考》2009年第5期我们已经知道，自然界中存在两种电荷，那么电荷之间相互作用力的大小跟哪些因素有关呢？科学家们是怎样研究的？了解这一过程会让我们受到很多启示。
一、点电荷间相互作用的早期研究早在公元前五世纪的希腊时代，就有了关于静电现象的历史记载。
我国西汉末年就有经过摩擦的玳瑁能够吸引微小物体的记载。
但直到1660年，盖里克发明了摩擦起电机后，人们才真正开始了对电现象的详细观察和细致研究。
1733年，杜菲（Du Fay，1698～1739）经过实验区分出两种电荷，并由此总结出静电作用的基本性质：同性相斥，异性相吸。
二、对点电荷间相互作用的各种猜测到18世纪中叶，牛顿力学已经取得辉煌胜利，人们借助于万有引力定律，对电场力和磁场力作了种种猜测。
1．爱皮努斯（F．U．T．Aepinus，1724～1802）的假说德国柏林科学院院士爱皮努斯1759年对电场力作了研究。
他在书中假设电荷之间的斥力和引力随带电物体间距离的减少而增大，从而对静电感应现象作出了更完善的解释。
不过，他并没有实际测量电荷间的作用力，因而这个观点只是一种猜测。
2．D．伯努利的假说在1760年，D．伯努利首先猜测电场力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比规律。
他的想法显然有一定的代表性，因为平方反比规律在牛顿的形而上学自然观中是很自然的观念。
3．普利斯特利（Priestley，1733～1804）的假说1755年，富兰克林在空罐实验（也叫冰桶实验）中观察到这样一种现象：“把一只品脱银罐放在电支架（即绝缘支架）上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为1英寸的木髓球，放进银罐中，直到触及罐的底部。
但是，当取出木髓球时，却发现接触没有使它带电，像从外部接触的那样。
”当时，没有人能解释这种现象。
后来，富兰克林写信告诉他的朋友普利斯特利这一实验现象并向他求教。
研究电荷之间作用力的大小与哪些因素有关
实验探究一研究电荷之间作用力的大小与哪些因素有关【知识链接】1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的磁针的方法．库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，要改良磁针，必须从这根本问题着手．他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针．同时他对磁力进行深入细致的研究，特别注意了温度对磁体性质的影响．他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小．这导致他发明了扭秤，扭秤能以极高的精度测出非常小的力．库仑在1785年到1789年之间，通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究，连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章．1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律．同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置、测试经过和实验结果．库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的．当球上没有力作用时，棒取一定的平衡位置．如果两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近，则会有电力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止．因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置，转动的角度与力的大小成正比．库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷，并改变它们之间的距离：第一次，两球相距36个刻度，测得银线的旋转角度为36度．第二次，两球相距18个刻度，测得银线的旋转角度为144度．第三次，两球相距8．5个刻度，测得银线的旋转角度为575．5度．上述实验表明，两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角为1：4：16．由于扭转角的大小与扭力成反比，所以得到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比．库仑同时注意了修正实验中的误差，认为第三次的偏差是由漏电所致．经过了这样巧妙的安排，仔细实验，反复的测量，并对实验结果进行分析，找出误差产生的原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力．但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦．因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例，这就不能保证扭称的稳定．经过反复的思考，库仑借鉴动力学实验加以解决．库仑设想：如果异种电荷之间的引力也是与它们之间的距离平方成反比，那么只要设计出一种电摆就可进行实验．通过电摆实验，库仑认为：“异性电流体之间的作用力，与同性电流体的相互作用一样，都与距离的平方成反比．”库仑利用与单摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比，不是通过扭力与静电力的平衡得到的．可见库仑在确定电荷之间相互作用力与距离的关系时使用了两种方法，对于同性电荷，使用的是静电力学的方法；对于异性电荷使用的是动力学的方法．但是应当指出的是，库仑只是精确的测定了距离平方的反比关系，并把静电力和静磁力从形式归纳于万有引力的范畴，我们这里要强调的是库仑并没有验证静电力与电量之积成正比．“库仑仅仅认为应该是这样．也就是说库仑验证了电力与距离平方成反比，但仅仅是推测电力与电量的乘积成正比．”库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑．电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的．库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一，他的杰出贡献是永远也不会磨灭的．【实验报告】一、实验目的1．知道两种电荷之间的作用力规律．2．熟练运用类比的方法：平方反比规律．3．熟练掌握实验方法：控制变量法．4．通过实验概括出两种电荷之间的作用规律，培养学生总结归纳的能力． 5．知道人类对电荷间相互作用认识的历史过程，理解电荷的物理模型． 二、实验原理由于电荷之间存在相互作用力，可利用如图所示装置探究它们之间的作用力关系：仅改变两小球之间的距离，记录悬线偏离的刻度；仅改变某一小球带电量的大小，记录悬线偏离的刻度；再改变另一小球带电量的大小，记录悬线偏离的刻度．分析数据，得出结论．三、实验器材感应起电机(带放电杆)、带绝缘柄的金属小球、铝箔小球(内芯为泡沫，外面包上导电的铝箔)、铁架台、导线、丝线(较长)、绝缘胶布、细铜丝．四、实验步骤1．按如图所示安装实验器材．2．利用感应起电机使M 和铝箔小球同时带上正(负)电．观察铝箔小球的偏离现象． 3．加快感应起电机的摇动速度，观察铝箔小球的偏离现象，记录刻度． 4．减慢感应起电机的摇动速度，观察铝箔小球的偏离现象，记录刻度．5．保持感应起电机的摇动速度一定(带电量不变)，使M 逐渐靠近丝线小球，观察铝箔小球的偏离现象，记录刻度．6．再使M 逐渐远离丝线小球，观察铝箔小球的偏离现象，记录刻度． 五、实验记录及处理六、实验结论． 七、误差分析及实验改进设想八、注意事项实验时应注意，由于起电机输出的电压很高，如果直接把丝线和铝箔小球相连，则丝线同时会被带电，实验时丝线会受到排斥而向右形成弧形．为此，应用绝缘胶布把丝线的末端和铝箔相连但并不直接接触，而用细铜丝把放电杆和铝箔小球直接相接触对小球供电．感应起电【应用示例】『例l 』两个直径为r 的带电球，当它们相距100r 时的作用力为F ，当它们相距r 时的作用力为A ．F 210-B ．F 410C ．F 210D ．以上结论都不对 『目标分析』本题考查库仑定律的应用及其适应条件．『解答』两小球相距r 时，不能看成点电荷，库仑定律不成立．所以选项D 正确． 『点评』若直接运用库仑定律计算，将得到B 的答案．但两个直径为r 的带电球相距r 时，由于相互之间的库仑力作用，电荷的分配将偏离球心，库仑定律已不成立．若要判断大小的话，只能得到“两球带同性电荷时，相互作用力小于F 410；两球带异性电荷时，相互作用力大于F 410”的结论．『例2』一根放在水平面内的光滑玻璃管绝缘性很好，内部有两个完全相同的弹性金属小球A 和B ，带电量分别为9Q 和Q -，两球从图示的位置由静止释放，那么两球再次经过图中的原静止位置时，A 球的瞬时加速度为释放时的A ．916倍 B ．169倍 C ．1倍 D ．203倍球所带电性相异，释放后在库仑力作用下相向运动，碰撞时产生电荷的中和与平分，在完全弹性碰撞的情况下，各自以原速返回．『解答』相遇后平分带电量，即：Q Q Q Q Q 4)9(2121=-==． 此时两球再经过图中位置时库仑力为：222B A 2)4(r Q k r Q Q k F == 原来的仑力为：219r QQ k F ⋅=则：12916F F =由牛顿第二定律知：A A916a a ='．所以A 选项正确． 『点评』本题是一道牛顿第二定律在电场中的应用问题．先搞清楚电荷的中和平分，再应用库仑定律和牛顿定律解题．『例3』有三个完全相同的金属球A 、B 、C ，A 的带电量为7Q ，B 的带电量为－Q ，C 不带电，将A 、B 固定．然后让C 反复与A 、B 球接触，最后移走C ．试问A 、B 间的相互作用力变为原来的多少倍？『目标分析』解这类题目的关键在于C 反复与A 、B 接触，说明最后A 、B 、C 所带电量相同，距离不变，由库仑定律即可计算．『解答』C 球反复与A 、B 球接触，则A 、B 原先所带电量的总和最后在三个相同的小球上均分，所以A 、B 、C 三球最后所带电量均为Q Q Q 23)(7=-+． 由库仑定律221rQ Q k F =可知A 、B 球间原来的作用力为22277r Q k r Q Q k F =⋅= 与C 反复接触后，A 、B 球间的作用力为F r Q k r Q Q kF 74422222==⋅=' 故A 、B 间的相互作用力变为原来的47倍．『点评』相同大小的带电小球接触，电荷满足先中和再平分．『例4』如图所示，在一条直线上有两个相距0.4m 的点电荷A 、B ，A 带电+Q ，B 带电Q 9-．现引入第三个点电荷C ，恰好使三个点电荷处于平衡状态，问：C 应带什么性质的电？应放于何处？所带电量为多少？『目标分析』有关力的计算问题大致有两种情况，一种是受力物体平衡，这时应利用平衡条件来解；一种是受力物体处于非平衡态，即有加速度，这时应利用牛顿第二定律来解．很明显此题为含有库仑力的平衡问题，应该利用平衡条件：合力为零，去分析解决问题．『解答』电荷只有两种，先分析C 带正电，放于任何地方三者都不能平衡，∴C 只能带负电，并且只能放在二者连线的延长线上，靠近A ，设C 距离A 间距为x ，带电量为C q ．由题意可知，A 、B 、C 均处于平衡，则三者所受合力为零．对C ：BC AC F F =，即2CB 2C A )4.0(x q q k x q q k +=，∴2C 2C )4.0(9x Qq k x Qq k += 解得：x=0.2m 对A ：AB AC F F =，即2A B 2C A 4.0q q k x q q k =，∴22C 4.09QQ k x Qq k = 解得：Q q 49C =∴C 应带负电，带电量为Q 49，应放于BA 延长线上距A 点0.2m 处． 『点评』对于此类平衡问题，引入的第三个电荷C 的位置有以下几种情况：⑴点电荷A 、B 带同种电荷，点电荷C 只能置于A 、B 的连线上，且带异种电荷，靠近电量小的一侧；⑵点电荷A 、B 带异种电荷，点电荷C 应置于AB 电荷连线的延长线上，在电量小的外侧，与之电性相异．【实践创新】1．把一个带正电的金属球A 跟同样的但不带电的金属球B 相碰，两球都带等量的正电荷，这是因为A ．A 球的正电荷移到B 球上 B ．B 球的负电荷移到A 球上C ．A 球的负电荷移到B 球上D ．B 球的正电荷移到A 球上2．两个相同的金属小球，带电量之比为1:7，相距为r ，两球相互接触后再放回来原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的A ．74 B ．73 C ．79 D ．716 3．真空中两个相同的带等量异种电荷的小球A 和B ，分别固定在两处，两球间静电力为F ．用不带电的同样小球C 先和A 接触，再与B 接触，然后移去C ，则A 、B 间的静电力应为A ．F 21 B ．F 41 C ．F 81 D ．F 83 4．有两个点电荷所带电量的绝对值均为Q ，从其中一个电荷上取下ΔQ 电量，并加在另一个电荷上，那么它们之间的相互作用力与原来相比A ．一定变大B ．一定变小C ．保持不变D ．由于两电荷电性不确定，无法判断5．如图所示，竖直绝缘墙壁上的Q 处有一固定的质点A ，在Q 的正上方的P 点用丝线悬挂另一质点B ，A 、B 两质点因为带电而相互排斥，致使悬线与竖直方向成θ角，由于漏电使A 、B 两质点的电荷量逐渐减少，在电荷漏电完毕之前悬线对悬点P 的拉力大小A ．逐渐减小B ．逐渐增大C ．保持不变D ．先变大后变小6．如图所示，有三个点电荷A 、B 、C 位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A 、B 都带正电荷，A 所受B 、C 两个电荷的静电力的合力如图中A F 所示．那么可以判定点电荷C 所带电荷的电性为A ．一定是正电B ．一定是负电C ．可能是正电，也可能是负电D ．无法判断7．在绝缘的光滑水平面上，有一个不导电的弹簧．弹簧的一端跟固定的金属小球A 连接，另一端接一金属小球B ．如图所示，如果让A 、B 带上等量同种电荷．那么弹簧的伸长量为1x ，如果让A 、B 带的电量加倍，那么弹簧伸长量为2x ，则1x 与2x 的关系是A ．2x =21xB ．2x =41xC ．2x <41xD ．2x >41x8．如图所示，1q 、2q 、3q 分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知1q 和2q 之间的距离为1l ，2q 和3q 之间的距离为2l ，且每个电荷都处于平衡状态．⑴如2q 为正电荷，则1q 、3q 分别为何种电荷． ⑵q 、q 、q 三者电量的大小之比为多少？9．如图所示，质量均为m 的三个带电小球A 、B 、C 放置在光滑的绝缘水平面上，彼此相隔的距离为L(L 比半径大得多)．B 球带电量为q Q 3B -=，A 球的带电量为q Q 6A =，若在C 球上加一个水平向右的恒力F ，要使三个小球始终保持L 的间距运动，求：⑴水平向右的恒力F 的大小？⑵C 球带电量为多少？带何种电荷？m ，电荷量均为+Q 的物体A 和B(A 、B均可视为质点)．它们间的距离为r ，与平面间的动摩擦因数均为μ，求：⑴A 受到的摩擦力为多大？⑵如果将A 的电荷量增至+4Q．两物体开始运动，当它们的加速度第一次为零时，A 、B 各运动了多远距离？q 1 q 2 q 3 B C【参考答案】1．B ．解析：不带电的金属球B 原来呈中性状态，它与A 相碰后带等量的正电荷是B 球失去一些电子的原故，这些电子被A 球得到后它所带正电量也减小．2．CD ．解析：设两球带电量分别为Q 和7Q 时，它们之间的库仑力：22277rQ k r Q Q k F =⋅=，且为斥力．两者相互接触后，两球带电量均为4Q(平均分配)，两球间的作用力：222216)4(r Q k r Q k F =='∴716='F F 。
15-3-8探究影响电荷间相互作用力的因素
考法② 实验现象判断的考查
由库仑定律,物体与小球之间的作用力随距离的增大而减小,随 电荷成正比,需要多次测量数据定量计算才可以。
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【例2】用控制变量法可以研究影响电荷间相互作用力的因素。如图示,O 是一个带电的物体,若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、 P3等位置,可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力大小，这个力 的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来.若物体O的电荷量用 Q表示,小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示,物体和小球之 间的作用力大小用F表示。则以下对 该实验现象的判断正确的是( ) A．保持Q、q不变，增大d， 则θ变大，说明F与d有关 B．保持Q、q不变，减小d， 则θ变大，说明F与d成反比 C．保持Q、d不变，减小q， 则θ变小，说明F与q有关 D．保持q、d不变，减小Q， 则θ变小，说明F与Q成正比 目录
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(3)实验结论 电荷间的作用力的大小与电荷间的距离和带电荷量都有关。随着带电 荷量的增多而增大，随着距离的增大而减小。
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2.考点考法 考法① 基本实验原理、方法的考查 本实验基本 【例1】在探究两电荷间相互作用力的大 方法是控制 小与哪些因素有关的实验中,一同学猜想 变量法 可能与两电荷间的距离和带电荷量有关. 他选用带正电的小球A和B,A球放在可移 动的绝缘座上,B球用绝缘丝线悬挂于玻璃 棒上C点.如图。 实验时，先保持两电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两 球距离越小，B球悬线的偏角越大，再保持两球的距离不变，改变小球所 带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大。 减小 而增大，随其 实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的________ 增大 而增大。 所带电荷量的________ 控制变量法 填“累积法”“等效替代 此同学在探究中应用的科学方法是_____________( 目录 法”“控制变量法”或“演绎法”)。