一、目標
知識目標
1、理解點電荷的概念;
2、通過對演示實驗的觀察和思考,概括出兩個點電荷之間的作用規律;
3、掌握庫侖定律的內容及其應用;
能力目標
1、通過對演示實驗的觀察概括出兩種電荷之間的作用規律,培養學生觀察、總結的能力;
2、,通過點電荷模型的建立,了解理想模型方法.
情感目標
了解人類對電荷間相互作用認識的歷史過程,培養學生對科學的好奇心,體驗探索自然規律的艱辛和喜悅.滲透物理學方法的教育,運用理想化模型方法,突出主要因素,忽略次要因素,抽象出物理模型——點電荷,研究真空中靜止點電荷間互相作用力問題——庫侖定律。
二、學法引導
1、用演示復習法引入,注意對比.
2、認真觀察現象,理解各步的目的.
3、掌握解題的思維和方法,而不要一味的強調公式的記憶。
三、重點、難點
1、重點 :使學生掌握真空中點電荷間作用力大小的計算及方向的判定——庫侖定律。
2、難點 :真空中點電荷間作用力為一對相互作用力,遵從牛頓第三定律,是難點。
四、課時安排 :1課時
五、教具學具準備
1.演示兩種電荷間相互作用:有機玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒(2支)
2.定性演示相關物理量間關系:鋁箔包好的草球、表面光滑潔凈的絕緣導體、絕緣性好的絲線、絕緣性好的支架、鐵架臺。
六、師生互動活動設計:本節中實驗較多,要做好靜電實驗。師生要多交流、討論,要留夠思考時間。
七、步驟
(一)點電荷
對比:牛頓在研究物體運動時引入質點
庫侖在研究電荷間的作用時引入了點電荷,這是人類思維方法的一大進步。
什么是點電荷:簡而言之,帶電的質點就是點電荷。點電荷的電量、位置可以準確地確定下來。正像質點是理想的模型一樣,點電荷也是理想化模型。真正的點電荷是不存在的,但是,如果帶電體間的距離比它們的大小大得多,以致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,這樣的帶電體就可以看成點電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個處于該球球心,帶電量與該球相同的點電荷。
理想模型方法是物理學常用的研究方法。當研究對象受多個因素影響時,在一定條件下人們可以抓住主要因素,忽略次要因素,將研究對象抽象為理想模型,這樣可以使問題的處理大為簡化。
討論與交流
一個帶電體在什么情況下可以看成點電荷?與研究問題所要求的精確度有無關系?
(二)庫侖定律
1、方法:變量控制法
2、實驗介紹與演示(課本第6頁)
觀察與思考
1)研究相互作用力F與距離r的關系
使A、B、C帶同種電荷,且B、C的電荷量相等,觀察B、C偏角,思考r增大時,F的大小如何變化,并記下你的結論。
2)研究相互作用力F與電荷量的關系
使A、B帶同種電荷,觀察B的偏角,設B原來的電荷量為Q,使不帶電的C、與B接觸一下即分開,這時B、C就各帶q/2的電荷量。保持A、B的距離不變,觀察B的偏角,思考當B球帶的電荷量減少時,F的大小如何變化?
3)綜合以上兩種情況,你的結論是什么?
3、庫侖定律內容:在真空中兩個電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比,跟它們間的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上,這就是庫侖定律。
庫侖定律公式表示:若兩個點電荷q1,q2靜止于真空中,距離為r,則q1受到q2的作用力F12為
式中F12、q1、q2、r諸量單位都已確定,分別為牛(N)、庫(C)、
9×109 N?m2/C2
4、q2受到q1 的作用力F21與F12互為作用力與反作用力,它們大小相等,方向相反,統稱靜電力,又叫庫侖力。
介紹庫侖扭稱實驗。
補充:若點電荷不是靜止的,而是存在相對運動,那么它們之間的作用力除了仍存在靜電力之外,還存在相互作用的磁場力。關于磁場力的知識,今后將會學到。
(三)庫侖定律的應用
【例1】 兩個點電荷q1=1C、q2=1C相距r=1m,且靜止于真空中,求它們間的相互作用力。
這時F在數值上與k相等,這就是k的物理意義:k在數值上等于兩個1C的點電荷在真空中相距1m時的相互作用力。
【例2】 真空中有A、B兩個點電荷,相距10cm,B的帶電量是A的5倍。如果A電荷受到的靜電力是10-4N,那么B電荷受到的靜電力應是下列答案中的哪一個?
A.5×10-4N B.0.2×10-4N
C.10-4N D.0.1×10-4N
解:根據牛三定律,應選C。
【例3】 兩個完全相同的均勻帶電小球,分別帶電量q1=2C正電荷,q2=4C負電荷,在真空中相距為r且靜止,相互作用的靜電力為F。
(1)今將q1、q2、r都加倍,相互作用力如何變?
(2)只改變兩電荷電性,相互作用力如何變?
(3)只將r 增大4倍,相互作用力如何變?
(4)將兩個小球接觸一下后,仍放回原處,相互作用力如何變?
(5)接上題,為使接觸后,靜電力大小不變應如何放置兩球?
答 (1)作用力不變。
(2)作用力不變。
(3)作用力變為 F/25,方向不變。
(4)作用力大小變為 F/8,方向由原來的吸引變為推斥(接觸后電量先中和,后多余電量等分)。
【例4】 兩個正電荷q1與q2電量都是3C,靜止于真空中,相距r=2m。
(1)在它們的連線AB的中點O放入正電荷Q,求Q受的靜電力。
(2)在O點放入負電荷 Q,求Q受的靜電力。
(3)在連線上A點的左側 C點放上負點電荷q3,q3=1C且AC=1m,求q3所受靜電力。
解 當一個點電荷受到幾個點電荷的靜電力作用時,可用力的獨立性原理求解,即用庫侖定律計算每一個電荷的作用力,就像其他電荷不存在一樣,再求各力的矢量和。
(1)(2)題電荷Q受力為零。
(3)q3受引力F31與引力F32,方向均向右,合力為:
課堂小結
(1)電荷間相互作用規律:同性相斥,異性相吸,大小用庫侖定
(2)電荷間作用力為一對相互作用力,遵循牛頓第三定律。
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