2019-2020年高中物理 《電荷 庫侖定律》教學設計 新人教版選修1-1.doc
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2019-2020年高中物理 《電荷 庫侖定律》教學設計 新人教版選修1-1 教材:人教版高中物理選修1-1第1章第1節(jié) 課題:電荷庫侖定律 課時:2課時 一、教材分析 1.庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律,又是學習電場強度的基礎,不僅要求學生定性知道,而且還要求定量了解和應用。 2.本節(jié)摩擦起電、兩種電荷的相互作用、電荷量的概念初中已接觸,已經(jīng)有了一定的基礎,在復習初中知識的基礎上,應著重從原子結(jié)構(gòu)的角度講解物體帶電的本質(zhì)。 3.通過對使物體帶電的方法接觸起電、摩擦起電和感應起電的分析,讓學生體會到使物體帶電的實質(zhì)是電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而打破了物體的電中性,失去電子的物體帶上了正電荷,得到電子的物體帶上了負電荷。過渡到電荷守恒定律,水到渠成,對高中學生而言很容易接受,進一步鞏固守恒思想。 4.在分析思考的過程中學生體會到電荷守恒定律以及元電荷的概念。同時教學中滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的思想。 5.展示庫侖定律的內(nèi)容和庫侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過程,并強調(diào)該定律的條件和遠大意義。 二、學情分析 學生在初中已經(jīng)學習了電學的基本知識,為過渡到本節(jié)的學習起著鋪墊作用,學生已具備了一定的探究能力、邏輯思維能力及推理演算能力。能在老師指導下通過觀察、思考,發(fā)現(xiàn)一些問題和解決問題。因此有必要把初中學過的兩種電荷及其相互作用、電荷量的概念、摩擦起電的知識復習一下。 三、教學方法分析及建議 1.在學生初中學習的基礎上,可以通過演示實驗或者媒體播放復習并鞏固電荷的有關知識;先運用教材上給出的簡單易行的實驗,讓學生觀察摩擦后的塑料片之間的相互作用力,猜想作用力的大小跟哪些因素有關;然后通過實驗定性驗證猜想是否正確,并在這個基礎上介紹庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程。 2.講解點電荷時,可以對照質(zhì)點的概念進行講解,要講清點電荷是一種理想化的物理模型。 3.物理發(fā)展史上的重要概念及重大規(guī)律的建立都是經(jīng)科學家艱辛的探索而完成的,都是對原有思維方式突破的結(jié)果,體現(xiàn)出了科學家的創(chuàng)造性。如何充分利用這寶貴的素材,需要教師創(chuàng)設問題情景對學生“誘思”、“導思”,在本節(jié)課中,對庫侖定律得出過程進行了嘗試。 4.利用“思考與討論”的問題,比較庫侖定律與萬有引力定律的異同。 5.要做好演示實驗,使學生清楚地知道什么是靜電感應現(xiàn)象。在此基礎上,使學生知道,感應起電不是創(chuàng)造了電荷,而是使物體中的正負電荷分開,使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,進一步說明電荷守恒定律。 四、教學目標 ?。ㄒ唬┲R與技能 1.了解人類對電現(xiàn)象的認識過程,體會人類探索自然規(guī)律的科學方法、科學態(tài)度和科學精神。 2.了解元電荷的大小,了解電荷守恒定律,知道摩擦起電和感應起電的實質(zhì)不是創(chuàng)造電荷,而是電荷的轉(zhuǎn)移。 3.理解庫侖定律的含義和表達式,知道靜電常量。了解庫侖定律的適用條件,學習用庫侖定律解決簡單的問題。 4.滲透理想化思想,培養(yǎng)由實際問題進行簡化抽象思維建立物理模型的能力。 ?。ǘ┻^程與方法 1.教師通過實驗法、問題教學法啟發(fā)學生理解抽象的電荷知識。 2.通過認識科學家在了解自然的過程中常用的科學方法,培養(yǎng)學生善用類比方法、理想化方法、實驗方法等物理學習方法。 (三)情感態(tài)度與價值觀 1.通過閱讀材料,展示物理學發(fā)展中充滿睿智和靈氣的科學思維,弘揚前輩物理學家探尋真理的堅強意志和科學精神。 2.通過對比天電和地電、以及定性和定量、神學和科學對電現(xiàn)象的認識,使學生了解人類對電荷的認識過程,培養(yǎng)學生探索大自然的興趣。 3.通過對庫侖定律探究過程的討論,使學生掌握科學的探究方法,激發(fā)學生對科學的熱情。 五、本節(jié)要點 1.什么是靜電現(xiàn)象?電荷間的相互作用是什么?什么叫電荷量? 2.什么是感應起電現(xiàn)象?什么叫中和現(xiàn)象? 3.電荷守恒定律的內(nèi)容是什么?什么叫元電荷? 4.庫侖定律的內(nèi)容是什么?適用條件是什么? 六、教學重難點分析 ?。ㄒ唬┲攸c 1.對庫侖定律的理解。 (二)難點 1.對電荷這一抽象概念的理解; 2.對庫侖定律發(fā)現(xiàn)過程的探討。 ?。ㄈ┩黄浦?、難點的方法 1.講清庫侖定律及適用條件,說明庫侖力符合力的特征,遵守牛頓第三定律。 2.為定性演示庫侖定律,應使帶電小球表面光滑,防止尖端放電,支架應選絕緣性能好的,空氣要干燥。 3.說清K的單位由公式中各量單位確定,其數(shù)值則由實驗確定。 七、教學流程設計 (一)新課引入 ?。ǘ嗝襟w展示電磁學的發(fā)展史) 古代人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有關靜電現(xiàn)象,主要是梳頭或者是羊毛、絲、棉類的衣物摩擦有閃光及聲音;古希臘人發(fā)現(xiàn)琥珀可以吸引輕小物體。 英國的吉爾伯特(1544—1603)是最早系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的科學家。他發(fā)現(xiàn)琥珀和磁鐵都能夠吸引物體,不過性質(zhì)不同,經(jīng)過研究,他發(fā)現(xiàn)許多其他物體經(jīng)過摩擦后也都能夠吸引其他小物體。引入(electric)(琥珀體)還發(fā)明了可供實驗用的驗電器。 德國的奧托格里克(1602—1686),馬德堡市市長,1654年曾用自己發(fā)明的抽氣機做了馬德堡半球?qū)嶒灒?660年發(fā)明了第一臺可產(chǎn)生大量電荷的摩擦起電機。有了這樣的機器,因而做成了各種各樣的電火花實驗;還有讓人身體帶電的實驗;這使得18世紀40年代的德國整個社會都對電現(xiàn)象感興趣,許多人購買了摩擦起電機做實驗作為娛樂,同時也大大普及了電學知識。電學知識在整個歐洲各國都普及起來。 法國電學家諾萊特在巴黎圣母院前進行,他請700個修道士手拉手地排起來,讓排頭的手拿萊頓瓶放電時,發(fā)現(xiàn)700個修道士同時跳了起來,顯示了電的強大威力。 富蘭克林的風箏實驗,證明了雷電是一種放電現(xiàn)象,在此基礎上,發(fā)明了避雷針。 (二)進行新課 1.接引雷電下九天──富蘭克林發(fā)明避雷針的故事 1752年7月的一天,在北美洲的費城,一位名叫富蘭克林的科學家,做了一個轟動世界的實驗:這天下午,天色陰暗,烏云滾滾。天空中不時閃爍著青白色的電光,傳來一陣陣沉悶的雷聲,眼看一場可怕的大雷雨就要來臨了。 “這是最合適的天氣!”富蘭克林和他的兒子威廉帶著風箏和萊頓瓶(一種可充放電的容器),奔向郊外田野里的一間草棚。 這可不是一只普通的風箏:它是用絲綢做成的,在它的頂端綁了一根尖細的金屬絲,作為吸引閃電的“接收器”;金屬絲連著放風箏用的細繩,這樣細繩被雨水打濕后,也就成了導線;細繩的另一端系上綢帶,作為絕緣體(要干燥),避免實驗者觸電;在綢帶和繩子之間,掛有一把鑰匙,作為電極。 富蘭克林和他的兒子連忙乘著風勢,將風箏放上了天。風箏,像一只矯健的鳥兒,漸漸地飛到云海中。 父子倆躲在草棚的屋檐下,手中緊握著沒有被雨水淋濕的綢帶,目不轉(zhuǎn)睛地觀察著風箏的動靜。 突然,天空中掠過一道耀眼的閃電。富蘭克林發(fā)現(xiàn),風箏引繩上的纖維絲一下子豎立起來。這說明,雷電已經(jīng)通過風箏和引繩傳導下來了。富蘭克林高興極了,他禁不住伸出左手,觸碰一下引繩上的鑰匙。“哧”的一聲,一個小小的藍火花跳了出來。 “這果然是電!”富蘭克林興奮地叫了起來。 “把萊頓瓶拿過來?!备惶m克林對威廉喊道。他連忙把引繩上的鑰匙和萊頓瓶連接起來。萊頓瓶上電火花閃爍。這說明萊頓瓶充了。 事后,富蘭克林用萊頓瓶收集的雷電,做了一系列的實驗,進一步證實了雷電與普通電完全相同。 富蘭克林的這一風箏實驗,徹底地擊碎了閃電是“上帝之火”、“煤氣爆炸”等流行的說法,使人們真正認識到雷電的本質(zhì)。因此,人們說:“富蘭克林把上帝與閃電分了家。” 富蘭克林的風箏實驗絕不是一時沖動所做的。早在數(shù)年前,他就致力于電的研究,并在當時人們不知“電為何物”的時代,指出了電的性質(zhì)。 在一次研究的意外事件中,他得到啟迪。有一次,他把幾只萊頓瓶連在一起,以加大電容量。不料,實驗的時候,守在一旁的妻子麗德不小心碰了一下萊頓瓶,只聽得“轟”的一聲,一團電火花閃過,麗德被擊中倒地,面色慘白。她因此休息了一個星期身體才得到康復。 “萊頓瓶發(fā)出的轟鳴聲,放出的電火花,不是和雷電一樣嗎?”富蘭克林大膽地提出這個設想。經(jīng)過反復思考,他推測雷電就是普通的電,并找出它們兩者間的12條相同之處:都發(fā)亮光;光的顏色相同;閃電和電火花的路線都是曲折的;運動都極其迅速;都能被金屬傳導;都能發(fā)出爆炸聲或噪聲;都能在水或冰塊中存在;通過物體時都能使之破裂;都能殺死動物;都能熔化金屬;都能使易燃物燃燒;都放出硫磺氣味。 1747年,富蘭克林把他的這些想法,寫成論文《論雷電與電氣的一致性》。他將論文寄給他的朋友、英國皇家學會會員科林遜??僧斂屏诌d將論文送交皇家學會討論時,得到的是一陣嘲笑。許多權威科學家認為富蘭克林的觀點荒唐無比,“把科學當作兒童的幻想”。 對于權威人士的嘲笑、奚落,富蘭克林不予理睬,終于在做好各種準備的情況下,冒著生命危險,做了風箏實驗。 富蘭克林從風箏實驗中,不但了解了雷電的性質(zhì),而且證實:雷電是可以從天空“走”下來的?!案叽蠼ㄖ锍3T獾嚼讚簦懿荒芙o雷電搭一個梯子,讓它乖乖地‘走’下來呢?”富蘭克林想。 正當富蘭克林思考這一問題的時候,不幸從俄國彼得堡傳來消息:1753年7月26日,科學家利赫曼為了驗證富蘭克林的實驗,在操作時,不幸被一道電火花擊中身亡。這更堅定了富蘭克林研制避免雷擊裝置的決心。 他先在自己家做實驗:在屋頂高聳的煙囪上,安裝一根3米長的尖頂細鐵棒;在細鐵棒的下端綁上金屬線;沿著樓梯,把金屬線引到底樓的一個水泵上(水泵與大地有接觸);將經(jīng)過房間的那段金屬線分成兩段,且將兩股線相隔一段距離,各掛一個小鈴。這樣,如果雷電從細鐵棒進入,經(jīng)過金屬線進入大地,那么,兩股線受力,小鈴就會晃蕩,發(fā)出響聲。 一天,電閃雷鳴,暴風雨就要來了。在雷聲、雨聲的“伴奏”下,守候在房間小鈴旁的富蘭克林,聽到了小鈴發(fā)出的清脆、悅耳的聲音。他高興地笑了。 富蘭克林把那根細鐵棒稱為“避雷針”。 避雷針的問世,引起了教會的反對。他們認為:“裝在屋頂?shù)募鈼U指向天空是對上帝的不敬。”“干涉上帝的事,對上帝指手劃腳,是要受上帝懲罰的?!? 然而,有一次在一場雷雨之后,神圣的教堂著火了,而裝有避雷針的房屋卻平安無事。于是,避雷針的作用被人們認識,避雷針也很快地傳開了。至1784年,全歐洲的高樓頂上都用上了避雷針。 富蘭克林的發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一了天電和地電,破除了人們對雷電的迷信。儲存了天電的萊頓瓶可以產(chǎn)生一切地電所能產(chǎn)生的現(xiàn)象,這就證明了天電與地電是一樣的。 2.電荷 ?。ㄓ锰釂柕姆椒◤土暢踔袑W過的知識) 演示:用和絲綢摩擦后的玻璃棒去接觸驗電器的金屬球,發(fā)現(xiàn)箔片張開,表明玻璃棒帶了電。 師問:摩擦起電現(xiàn)象是什么?有什么特點? 生答:摩擦過的物體具有了吸引輕小物體的性質(zhì),這種現(xiàn)象叫摩擦起電,這樣的物體就帶了電。 師問:自然界中存在哪幾種形式的電荷?摩擦起電中跟絲綢摩擦過的玻璃棒帶什么電?跟毛皮摩擦過的橡膠棒又帶什么電? 生答:正負兩種電荷,玻璃棒帶正電,橡膠棒帶負電。 師問:電荷間的相互作用是什么? 生答:同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。 師問:它們所帶的電荷的多少叫什么?單位是什么? 生答:電荷量(Q),單位是:庫侖(C) 師問:這種使物體帶電的方法叫什么? 生答:摩擦起電。 ?。ń處熡抿炿娖餮菔掘炞C摩擦起電和接觸起電) 3.帶電本質(zhì) 教師:引導學生閱讀教材最后一段有關物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的描述,思考和回答問題: ?。?)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的?摩擦起電的原因是什么? ?。?)什么是自由電子,金屬成為導體的原因是什么? 學生:積極閱讀教材,思考并回答問題。 教師引導學生總結(jié)出:帶電的本質(zhì)是電子的得失。 4.起電方式 師問:使物體帶電方式有哪些? 生答:摩擦起電、接觸起電。 師問:除了摩擦起電、接觸起電外,還有沒有可以使物體帶上電的方法? 生答:人們發(fā)現(xiàn)還有感應起電。 教師:1.做課本演示實驗1.1-4,觀察在帶正電的C向A、B靠近時,A、B的箔片張開情況. 2.分析現(xiàn)象并結(jié)合檢驗,得到A、B分別帶上了負電荷和正電荷。 3.把電荷移近不帶電的物體,使物體帶電的方法,叫感應起電,這種現(xiàn)象叫靜電感應。 師生共同分析感應起電的實質(zhì):是使物體中的正負電荷分開,電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。 師問:摩擦起電、接觸起電、感應起電三種起電方式的微觀機理是否相同?起電實質(zhì)是什么? 生歸納總結(jié):1.摩擦起電:原因是電子的轉(zhuǎn)移。 2.接觸起電:原因仍是電子的轉(zhuǎn)移。(同時弄清楚了電量均分現(xiàn)象和中和現(xiàn)象。) 3.感應起電:仍是電子的轉(zhuǎn)移。 5.電荷守恒 通過三種起電方式原因的分析,由學生總結(jié)得出起電過程中電荷守恒: 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,在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量保持不變。 并與能量守恒定律、動量守恒定律等相類比,指出他們都是自然界中普遍存在的規(guī)律。(指導學生學習中也要有知識的遷移、總結(jié)、類比、融會貫通。) 做出電荷守恒定律的另一表述: 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和總是保持不變。 過渡語:這是物理學中重要的基本定律之一。通過前面的學習,清楚了物體帶電的本質(zhì),而一個帶電體究竟帶多少電?經(jīng)過大量實驗證明,所有帶電體的電荷量或者等于電荷量e或者是電荷量e的整數(shù)倍。 6.元電荷 (學生閱讀教材相關內(nèi)容)回答下列問題: 1.電荷的多少如何表示?它的單位是什么? 2.什么是元電荷?一個電子就是一個元電荷嗎? 3.元電荷的數(shù)值是多少?它的數(shù)值最早是由哪位物理學家測定的? 學生總結(jié)得出: 1.元電荷:人們把自然界中最小電荷叫做元電荷,電荷量為1.610-19C。 2.元電荷是電荷量的單位(1.610-19C作為一個電荷量單位),不是指某電荷。 3.電子和質(zhì)子的電荷量均為e,所有帶電體的電荷量等于e或者是e的整數(shù)倍。 7.庫侖定律 1.學生做1.1-5實驗,反復多做幾次,猜想它們之間的作用力的大小可能與哪些因素有關? 2.教師演示1.1-6的實驗。 3.學生注意觀察小球偏角的變化以及引起這一變化的原因。 4.通過對實驗現(xiàn)象的定性分析得到:電荷之間的作用力隨電荷量的增大而增大,隨距離的增大而減小。 5.法國物理學家?guī)靵?,用實驗研究了電荷間相互作用的電力,這就是庫侖定律。 內(nèi)容:真空中的兩個點電荷之間的作用力,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。 表達式: ,k叫靜電力常量,k=9109 Nm2/C2。 6.介紹點電荷: ?、俨豢紤]大小和電荷的具體分布,可視為集中于一點的電荷。 ?、邳c電荷是一種理想化模型。 ?、劢榻B把帶電體處理為點電荷的條件:帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時。 7.任意帶電體所受的力可以看作是多個點電荷所受力的合力。 8.庫侖定律與萬有引力定律(計算下題) 試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力。已知電子的質(zhì)量m1=9.1010-31kg,質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.6710-27kg,電子和質(zhì)子的電荷量都是1.6010-19C。 分析:這個問題不用分別計算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力,而是列公式,化簡之后,再求解。 解:電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力分別是: ?。ɑ卮稹八伎寂c討論”)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;它們的實質(zhì)區(qū)別是:首先萬有引力公式計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。 ?。ㄈ┑湫屠} 出示題目(多媒體) 1.掛在絕緣細線下的兩輕質(zhì)通草球,由于電荷的相互作用靠近或遠離,如圖所示,則( ) A.甲圖中兩球一定帶異種電荷 B.甲圖中至少有一個帶電 C.乙圖中兩球一定帶同種電荷 D.乙圖中兩球可能只有一個帶電。 2.把兩個完全相同的金屬球A和B接觸一下,再分開一段距離,發(fā)現(xiàn)兩球之間相互排斥則A.B兩球原來的帶電情況可能是( ?。? A.帶有等量異種電荷 B.帶有不等量異種電荷 C.帶有等量同種電荷 D.一個帶電,另一個不帶電 3.關于摩擦起電和感應起電的實質(zhì),下列說法正確的是( ) A.摩擦起電現(xiàn)象說明了機械能可以轉(zhuǎn)化為電能,也說明通過做功可以創(chuàng)造電荷 B.摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 C.感應起電說明電荷可以從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到物體另一個部分 D.感應起電說明電荷從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上去了 4.兩個相同的帶電導體小球所帶電荷量的比值為1:3,相距為r時相互作用的庫侖力的大小為F,今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處,則此時庫侖力的大小為( ) A. B. C. D. 5.真空中有兩個相距0.1m、帶電量相等的點電荷,它們之間的靜電力的大小為3.610-4N,求每個電荷的帶電量是元電荷的多少倍? 6.有兩個大小相同的絕緣金屬小球分別帶有正電荷q1、q2,且q1>q2。當它們相距10cm時,相互間的庫侖斥力的大小為5.010-3N,若將它們接觸后再放回原處,相互間的庫侖斥力的大小變?yōu)?.010-3N。設兩個帶電金屬球都可以看成點電荷,求兩球在接觸前所帶的電量? ?。ㄋ模┌鍟O計 1.電荷、電荷守恒定律 ?、匐姾桑赫姾珊拓撾姾?。 ?、陔姾砷g的相互作用:同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。 ?、蹘щ姺绞剑? a.摩擦起電:電子的得失。 b.接觸起電:電子的轉(zhuǎn)移。 c.感應起電:正負電荷分開。 ?、茈姾墒睾愣桑弘姾杉炔荒軇?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,在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量不變。 2.元電荷 元電荷:1.6010-19C的電量。 注意:任意帶電體帶電量是元電荷的整數(shù)倍。 3.庫侖定律 a.內(nèi)容:真空中的兩個點電荷之間的作用力,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。 b.表達式: 4.點電荷 a.不考慮大小和電荷的具體分布,可視為集中于一點的電荷。 b.點電荷是一種理想化模型。 c.介紹把帶電體處理為點電荷的條件:帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時。- 配套講稿:
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