2019-2020年高中物理 第一章電場電流 第1節(jié)　電荷庫侖定律教案 新人教版選修1-1.doc

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2019-2020年高中物理 第一章電場電流 第1節(jié)　電荷庫侖定律教案 新人教版選修1-1 教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能 1．知道兩種電荷及其相互作用．知道點(diǎn)電荷量的概念． 2．了解靜電現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因；知道原子結(jié)構(gòu),掌握電荷守恒定律 3．知道什么是元電荷． 4．掌握庫侖定律，要求知道知道點(diǎn)電荷模型，知道靜電力常量，會用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算． （二）過程與方法 2、通過對原子核式結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)使學(xué)生明確摩擦起電和感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的電荷分開．但對一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和不變。 3、類比質(zhì)點(diǎn)理解點(diǎn)電荷，通過實(shí)驗(yàn)探究庫侖定律并能靈活運(yùn)用 （三）情感態(tài)度與價值觀 通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)，認(rèn)識理想化是研究自然科學(xué)常用的方法,培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，認(rèn)識類比的方法在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛的應(yīng)用 重點(diǎn)：電荷守恒定律，庫侖定律和庫侖力 難點(diǎn)：利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問題摩擦起電和感應(yīng)起電的相關(guān)問題，庫侖定律的理解與應(yīng)用。 教具：絲綢，玻璃棒，毛皮，硬橡膠棒，絕緣金屬球，靜電感應(yīng)導(dǎo)體，通草球，多媒體課件 教學(xué)過程： 第1節(jié)　　電荷 庫侖定律（第1課時） （一）引入新課： 多媒體展示：閃電撕裂天空，雷霆震撼著大地。 師：在這驚心動魄的自然現(xiàn)象背后，蘊(yùn)藏著許多物理原理，吸引了不少科學(xué)家進(jìn)行探究。在科學(xué)史上，從最早發(fā)現(xiàn)電現(xiàn)象，到認(rèn)識閃電本質(zhì)，經(jīng)歷了漫長的歲月，一些人還為此付出過慘痛的代價。下面請同學(xué)們認(rèn)真閱讀果本第2頁“接引雷電下九天”這一節(jié)，了解我們?nèi)祟悓﹂W電的研究歷史，并完成下述填空： 電閃雷鳴是自然界常見的現(xiàn)象，蒙昧?xí)r期的人們認(rèn)為那是“天神之火”，是天神對罪惡的懲罰，直到1752年，偉大的科學(xué)家___________冒著生命危險在美國費(fèi)城進(jìn)行了著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，把天電引了下來，發(fā)現(xiàn)天電和摩擦產(chǎn)生的電是一樣的，才使人類擺脫了對雷電現(xiàn)象的迷信。 師強(qiáng)調(diào)：以美國科學(xué)家的富蘭克林為代表的一些科學(xué)家冒著生命危險去捕捉閃電，證實(shí)了閃電與實(shí)驗(yàn)室中的電是相同的。 雷電是怎樣形成的？（大氣中冷暖氣流上下急劇翻滾，相互摩擦，云層就會積聚電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度，瞬間發(fā)生大規(guī)模的放電，就產(chǎn)生了雷電）物體帶電是怎么回事？電荷有哪些特性？電荷間的相互作用遵從什么規(guī)律？人類應(yīng)該怎樣利用這些規(guī)律？這些問題正是本章要探究并做出解答的。 師：本節(jié)課我們重點(diǎn)研究了解幾種靜電現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因，電荷守恒定律 （二）新課教學(xué) 復(fù)習(xí)初中知識： 師：根據(jù)初中自然的學(xué)習(xí)，用摩擦的方法可使物體帶電，請舉例說明。 生：用摩擦的方法。如：用絲綢摩擦過的玻璃棒，玻璃棒帶正電；用毛皮摩擦過的硬橡膠棒，橡膠棒帶負(fù)電。 演示實(shí)驗(yàn)１：先用玻璃棒、橡膠棒靠近碎紙屑，看有什么現(xiàn)象？然后用綢子摩擦玻璃棒或用毛皮摩擦橡膠棒，再靠近碎紙屑看有什么現(xiàn)象？讓學(xué)生分析兩次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的異同；并分析原因。 教師總結(jié)：摩擦過的物體性質(zhì)有了變化，帶電了或者說帶了電荷。帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉啵驮酱?，能夠吸引輕小物體，我們說此時物體帶了電。而用摩擦的方法使物體帶電就叫做摩擦起電。 人類從很早就認(rèn)識了摩擦起電的現(xiàn)象，例如公元1世紀(jì)，我國學(xué)者王充在《論衡》一書中就寫下了“頓牟掇芥”一語，指的是用玳琩的殼吸引輕小物體。 后來人們認(rèn)識到摩擦后的物體所帶的電荷有兩種：用絲綢摩擦過的玻璃棒的所帶的電荷是一種，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷是另一種。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 一、電荷： 1、自然界中的兩種電荷（富蘭克林命名） ①把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷． ②把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷． 2、電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． 3、電荷量：電荷的多少叫做電荷量．符號：Q或q 　　　單位：庫侖 符號：C “做一做”　驗(yàn)電器與靜電計(jì) 為了判斷物體是否帶電以及所帶電荷的種類和多少，從18世紀(jì)起，人們經(jīng)常使用一種叫驗(yàn)電器的簡單裝置：玻璃瓶內(nèi)有兩片金屬箔，用金屬絲掛在一條導(dǎo)體棒的下端，棒的上端通過瓶塞從瓶口伸出（圖甲）。如果把金屬箔換成指針，并用金屬做外殼，這樣的驗(yàn)電器又叫靜電計(jì)（圖乙） 問：是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端直接接觸時，金屬箔片才開始張開？解釋看到的現(xiàn)象？ 二、起電的方式及原因 　　1、摩擦起電 摩擦起電的原因：不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同．特別是離核較遠(yuǎn)的電子受到的束縛較小。當(dāng)兩個物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 實(shí)質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移． 結(jié)果：兩個相互摩擦的物體帶上了等量異種電荷．得到電子：帶負(fù)電；失去電子：帶正電 問：摩擦起電有沒有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒有，摩擦起電是帶電粒子（如電子）從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 師：很多物質(zhì)都會由于摩擦而帶電，是否還存在其它的使物體起電的方式？在學(xué)習(xí)新的起電方式之前，我們先來學(xué)習(xí)金屬導(dǎo)體模型。 金屬導(dǎo)體模型也是一個物理模型P3（動畫演示） 自由電子：脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動。 帶正電的離子：失去電子的原子，都在自己的平衡位置上振動而不移動。 2、感應(yīng)起電 【演示】取一對用絕緣柱支持的導(dǎo)體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，帖在下部的金屬箔是閉合的。 ①把帶正電荷的球C移近彼此接觸的異體A，B(參見課本圖1.1－1)．金屬箔有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到A，B上的金屬箔都張開了，表示A，B都帶上了電荷．　　　　　　提出靜電感應(yīng)概念： （1）靜電感應(yīng)：把電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象。 規(guī)律：近端感應(yīng)異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷 （2）利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電． （3）提出問題：靜電感應(yīng)的原因？ 帶領(lǐng)學(xué)生分析物質(zhì)的微觀分子結(jié)構(gòu)，分析起電的本質(zhì)原因：把帶電的球C移近金屬導(dǎo)體A和B時，由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號電荷。如上面的這個演示實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷． 【演示】 ②如果先把C移走，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A和B上的金屬箔就會閉合． ③如果先把A和B分開，然后移開C，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可以看到金屬箔仍張開，表明A和B仍帶有電荷； ④如果再讓A和B接觸，金屬箔又有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：金屬箔就會閉合，表明他們就不再帶電．這說明A和B分開后所帶的是異種等量的電荷，重新接觸后等量異種電荷發(fā)生中和． 問：感應(yīng)起電有沒有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒有。感應(yīng)起電而是使物體中的正負(fù)電荷分開，是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。感應(yīng)起電也不是創(chuàng)造了電荷。 上面我們學(xué)習(xí)了三種起電方式及起電的原因，我們思考一下，在起電過程中，有沒有創(chuàng)造了電荷？ 生：沒有。 師：無論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是將正、負(fù)電荷分開,使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)造電荷. 得出電荷守恒定律． 三、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分． 師：電荷守恒定律是物理學(xué)中重要的基本定律之一。 四、元電荷 　　師：迄今為止，科學(xué)家實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量就是電子所帶的電荷量。質(zhì)子、正電子所帶的電荷量與它相同，但符號相反。人們把這個最小的電荷量叫做元電荷。 元電荷：電子所帶的電荷量，用e表示。e =1.6010－19C 注意：迄今為止，發(fā)現(xiàn)所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍。就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。 （三）小結(jié) 對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié) ●鞏固練習(xí) 1、關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是（　　?。? A．元電荷就是電子　　　　　　　　　　　　B．元電荷是表示跟電子所帶電量數(shù)值相等的電量 C．元電荷就是質(zhì)子　　　　　　　　　　　　D．物體所帶的電量只能是元電荷的整數(shù)倍 2、16 C電量等于________元電荷． 3、關(guān)于點(diǎn)電荷的說法，正確的是（　　　） A．只有體積很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷　　　　B．體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷 C．當(dāng)兩個帶電體的大小及形狀對它們之間的相互作用力的影響可以忽略時，這兩個帶電體可看成點(diǎn)電荷 D．一切帶電體都可以看成點(diǎn)電荷 ●作業(yè) 第2課時 教學(xué)過程： （一）復(fù)習(xí)上課時相關(guān)知識 問：什么是元電荷？　 答：電子所帶的電荷量，用e表示。e =1.6010－19C?！　　?qiáng)調(diào)是一個電荷量，不是一個電荷。 問：上一節(jié)學(xué)過起電的方式有哪些？ 答：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電。 問：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電有沒有違背電荷守恒定律？ 答：沒有。 問：通過初中的學(xué)習(xí)，我們知道：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。這說明電荷之間存在作用力，那么電荷之間的作用力大小與什么因素有關(guān)，有什么樣的規(guī)律？ 生：…… 師：我們這節(jié)課就來研究這個問題。 （二）新課教學(xué) 第2節(jié)、庫侖定律 提出問題：電荷之間的相互作用力跟什么因素有關(guān)？ 【演示】如圖2，先把表面光滑潔凈的絕緣導(dǎo)體放在A處，然后把鋁箔包好的草球系在絲線下，分別用絲綢摩擦過的玻璃棒給導(dǎo)體和草球帶上正電，把草球先后掛在P1、P2、P3的位置，帶電小球受到A 的作用力的大小可以通過絲線對豎直方向的偏角大小顯示出來。觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3 各點(diǎn)受到的A的作用力依次減小；再增大絲線下端帶電小球的電量，觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。 提問四：電荷間作用力大小跟什么有關(guān)？ 答：與電荷間距離及電量多少有關(guān)，電荷的作用力隨著距離的增大而減小，隨著電量的增大而增大。帶正電的物體和帶正電的小球之間的相互作用力的大小和方向． 【板書】：1、影響兩電荷之間相互作用力的因素：1．距離．2．電量． 師：電荷間的作用力隨電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小。這隱約使我們猜想：電荷間的作用力會不會與萬有引力具有相似的形式呢？也就是說，帶電體間的相互作用力，會不會與它們電荷量的乘積成正比，與它們間距離的二次方成反比？ 事實(shí)上，電荷間的作用力與引力的相似性早已此起當(dāng)年一些研究者的注意，卡文迪許和普里斯特利等人都確信“平方反比”規(guī)律適用于電荷間的力。 然而，他們也發(fā)現(xiàn)，引力與電荷間的力并非完全一樣，而且我們上面的實(shí)驗(yàn)也僅僅是定性的，并不能證實(shí)我們的猜想。這一科學(xué)問題的解決是由法國學(xué)者庫侖完成的。 【板書】2、庫侖定律（1785年，法國物理學(xué)家．庫侖） 啟發(fā)與設(shè)問： 18世紀(jì)法國物理學(xué)家?guī)靵鲆惭芯苛诉@個問題，他的猜想是 庫侖在前人研究的基礎(chǔ)上，先后克服了，困難一：電荷量的測量問題和困難二：作用力的測量問題，用實(shí)驗(yàn)研究了電荷之間的作用力，證實(shí)了這個猜測，并提出了以下的規(guī)律： 庫侖定律：（庫侖在前人工作的基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)研究確認(rèn)） （1）內(nèi)容表述：真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比．作用力的方向在兩個點(diǎn)電荷的連線上 （2）公式： 靜電力常量k = 9.0109Nm2/C2　　　　適用條件：真空中，點(diǎn)電荷——理想化模型 　?。?）電荷間這種相互作用叫做靜電力或庫侖力 【介紹】（1）關(guān)于“點(diǎn)電荷”，應(yīng)讓學(xué)生理解這是相對而言的，只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略，帶電體就可以看作點(diǎn)電荷．嚴(yán)格地說點(diǎn)電荷是一個理想模型，實(shí)際上是不存在的．這里可以引導(dǎo)學(xué)生回顧力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)的概念．容易出現(xiàn)的錯誤是：只要體積小就能當(dāng)點(diǎn)電荷，這一點(diǎn)在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實(shí)例予以糾正． （2）要強(qiáng)調(diào)說明課本中表述的庫侖定律只適用于真空，也可近似地用于氣體介質(zhì)，對其它介質(zhì)對電荷間庫侖力的影響不便向?qū)W生多作解釋，只能簡單地指出：為了排除其他介質(zhì)的影響，將實(shí)驗(yàn)和定律約束在真空的條件下． 靜電力同樣具有力的共性，遵循牛頓第三定律，遵循力的平行四邊形定則． 可以看出，萬有引力公式和庫侖定律公式在表面上很相似，表述的都是力，這是相同之處；它們的實(shí)質(zhì)區(qū)別是：首先萬有引力公式計(jì)算出的力只能是相互吸引的力，絕沒有相排斥的力．其次，由計(jì)算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬有引力比它們之間的靜電引力小的很多，因此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時，主要考慮靜電力，萬有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計(jì)． 【小結(jié)】對本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié) ●鞏固練習(xí) 1．真空中有兩個相同的帶電金屬小球A和B，相距為r，帶電量分別為q和2q，它們之間相互作用力的大小為F．有一個不帶電的金屬球C，大小跟A、B相同，當(dāng)C跟A、B小球各接觸一次后拿開，再將A、B間距離變?yōu)?r，那么A、B間的作用力的大小可為：[ ] A．3F/64 B．0 C．3F/82 　　　　D．3F/16 2．如圖14－1所示，A、B、C三點(diǎn)在一條直線上，各點(diǎn)都有一個點(diǎn)電荷，它們所帶電量相等．A、B兩處為正電荷，C處為負(fù)電荷，且BC=2AB．那么A、B、C三個點(diǎn)電荷所受庫侖力的大小之比為________． 3．真空中有兩個點(diǎn)電荷，分別帶電q1=510-3C，q2=－210-2C，它們相距15cm，現(xiàn)引入第三個點(diǎn)電荷，它應(yīng)帶電量為________，放在________位置才能使三個點(diǎn)電荷都處于靜止?fàn)顟B(tài)． 4．把一電荷Q分為電量為q和(Q－q)的兩部分，使它們相距一定距離，若想使它們有最大的斥力，則q和Q的關(guān)系是________． ●作業(yè)