庫侖定律教案(教師版)6頁

1、庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析】庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律，又是庫侖定律是學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差概念的基礎(chǔ)，也是本章重點(diǎn)，不僅要求學(xué)生定性知道，而且還要求定量了解和應(yīng)用。對(duì)庫侖定律的講述，教材是從學(xué)生已有認(rèn)識(shí)出發(fā)，采用了一個(gè)定性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得出結(jié)論。庫侖定律是學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差概念的基礎(chǔ)，也是本章重點(diǎn)。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(qiáng)調(diào)該定律的條件和意義。教學(xué)重點(diǎn)：庫侖定律及其理解與應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：庫侖定律的實(shí)驗(yàn)探究【教學(xué)過程】引入新課 引入實(shí)驗(yàn)庫倫實(shí)驗(yàn)庫倫定律對(duì)定律的解釋比較庫倫定律與萬有引力的區(qū)別拓展庫侖力作用下力學(xué)問題的求解方法一、通過實(shí)驗(yàn)探究電荷間作用力的決定因素（一

2、）定性實(shí)驗(yàn)探究：探究一：影響電荷間相互作用力的因素猜想：電荷間相互作用力可能與距離、 電荷量、帶電體的形狀等。如何做實(shí)驗(yàn)定性探究？(1) 你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)應(yīng)采取什么方法來研究電荷間相互作用力與可能因素的關(guān)系？學(xué)生：控制變量法。(2) 請(qǐng)閱讀教材，如果要比較這種作用力的大小可以通過什么方法直觀的顯示出來？學(xué)生：比較懸線偏角的大小(3)實(shí)驗(yàn)前先思考:可用什么方法改變帶電體的電荷量?定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 電量q一定，距離r越小，偏角越大，作用力F越大。距離r一定，電量q增加，偏角變大，作用力F越大；實(shí)驗(yàn)條件：保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干燥和無流動(dòng)的空氣（二） 定量實(shí)驗(yàn)探究，結(jié)合物理學(xué)史，得出庫侖定律：提出問題：帶電體間的作

3、用力與距離及電荷量有怎樣的定量關(guān)系呢?根據(jù)我們的定性實(shí)驗(yàn)，電荷之間的作用力隨著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，電荷之間的作用力是否與萬有引力具有相似的形式呢？事實(shí)上，在很早以前，一些學(xué)者也是這樣猜想的，卡文迪許和普利斯特等人都確信“平方反比”規(guī)律適用于電荷間的作用力。但是僅靠一些定性的實(shí)驗(yàn)，不能證明這樣的結(jié)論。而這一猜想被庫倫所證實(shí)，庫侖在探究三者之間的定量關(guān)系時(shí)，定量實(shí)驗(yàn)在當(dāng)時(shí)遇到的三大困難： 帶電體間作用力小，沒有足夠精密的測(cè)量?jī)x器；怎樣確定帶電體間的作用力的數(shù)量關(guān)系？ 沒有電量的單位，無法比較電荷的多少；怎樣確定電荷量的數(shù)量關(guān)系？ 帶電體上電荷分布不清楚，難測(cè)

4、電荷間距離。怎樣測(cè)定電荷間的距離？同學(xué)們，如果是你，你能想到怎樣的方法來解決這些困難？引導(dǎo)學(xué)生用類比的方法得出三大困難的對(duì)策：卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)庫侖扭稱實(shí)驗(yàn)， 對(duì)稱性等分電荷法， 質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)電荷、放大思想：力很小，但力的作用效果（使懸絲扭轉(zhuǎn)）可以比較明顯。、轉(zhuǎn)化思想：力的大小正比于懸絲扭轉(zhuǎn)角，通過測(cè)定懸絲扭轉(zhuǎn)角度倍數(shù)關(guān)系即可得到力的倍數(shù)關(guān)系、均分思想：帶電為Q的金屬小球與完全相同的不帶電金屬小球相碰分開，每小球帶電Q/2，同理可得Q/4、Q/8、Q/16等等電量的倍數(shù)關(guān)系（電荷在兩個(gè)相同金屬球之間等量分配）。課件演示電荷在相同的兩個(gè)金屬球間的等量分配。理想化模型思想：把帶電金屬小球看作點(diǎn)電荷（理想化

5、模型）利用刻度尺間接測(cè)量距離。點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體可以看做帶電的點(diǎn)，叫點(diǎn)電荷。它是一個(gè)理想化模型，實(shí)際上點(diǎn)電荷不存在。 (與“質(zhì)點(diǎn)”進(jìn)行比較)（例題1）電荷間相互作用力與電荷間距離成平方反比關(guān)系，與電荷電量乘積成正比。二、 庫侖定律：內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力大小與兩電荷量的乘積成正比，與電荷間的距離平方成反比；方向在它們的連線上。這個(gè)規(guī)律叫做庫侖定律。電荷間這種相互作用的電力叫做靜電力或庫侖力。（例題2）公式: 說明:k為靜電力常量, k=9.0×109N.m2/C2

6、,其大小是用實(shí)驗(yàn)方法確定的。其單位是由公式中的F、Q、r的單位確定的，使用庫侖定律計(jì)算時(shí)，各物理量的單位必須是：F：N，Q：C，r：m。. 庫侖定律的適用條件：真空中，兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用。讓學(xué)生回答實(shí)際帶電體可以看成點(diǎn)電荷的條件。思考：當(dāng)r趨向于0時(shí)，F(xiàn)趨向于無窮大嗎？關(guān)于點(diǎn)電荷之間相互作用是引力還是斥力的表示方法，使用公式計(jì)算時(shí)，點(diǎn)電荷電量用絕對(duì)值代入公式進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)同性電荷相斥、異性電荷相吸判斷方向。F是Q1與Q2之間的相互作用力，是Q1對(duì)Q2的作用力，也是Q2對(duì)Q1的作用力的大小，是一對(duì)作用力和反作用力，即大小相等方向相反。庫侖力(靜電力)是與重力，彈力，摩擦力并列的。 任意

7、帶電體可以看成是由許多點(diǎn)電荷組成的，所以，知道帶電體上的電荷分布，根據(jù)庫侖定律和力的合成法則就可以求出帶電體間的靜電力的大小和方向。三、 庫侖定律與萬有引力定律的比較課本例題1小結(jié)： 庫侖定律在應(yīng)用時(shí)，可以不代入電性符號(hào)，直接代入絕對(duì)值，最后判定方向； 計(jì)算說明萬有引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于庫侖力，以后在研究微觀帶電粒子的相互作用力時(shí),通?？梢院雎匀f有引力.庫倫定律萬有引力不同點(diǎn)方向庫侖力是電荷間通過電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)相互作用的,并且它們的電性共同決定了發(fā)生的庫侖力是引力還是斥力萬有引力是兩個(gè)物體（因?yàn)橘|(zhì)量）通過引力場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)相互作用的,并且只能是引力.適用范圍庫倫定律適用于真空中點(diǎn)電荷萬有引力適用于質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)量分布均

8、勻的球體相同點(diǎn)（1）都是遵從平方反比的定律,而且都是跟距離的平方成反比.（2）都是跟相互作用的兩個(gè)物體有關(guān),前者跟它們的電荷量有關(guān),后者跟它們的質(zhì)量有關(guān),并且都不約而同的成正比.（3）都是跟一個(gè)常數(shù)成正比,前者是靜電常數(shù)k,后者是萬有引力常數(shù)G四、 庫侖力作用下的力學(xué)問題求解兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力，等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)電荷的作用力的矢量和。（例題3）課本例題2 小結(jié)：選擇研究對(duì)象，畫出受力圖，由庫倫定律和平行四邊形定則求解。（例題4）三個(gè)自由電荷的平衡問題：三點(diǎn)共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大【考點(diǎn)】點(diǎn)電荷的理解例題1下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法中，正確的是()A體積大的帶電體

9、一定不是點(diǎn)電荷B當(dāng)兩個(gè)帶電體的形狀對(duì)它們間相互作用力的影響可忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看做點(diǎn)電荷C點(diǎn)電荷就是體積足夠小的電荷D點(diǎn)電荷是電荷量和體積都很小的帶電體答案 B解析帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不能以體積大小、電荷量多少而論，故A、C、D錯(cuò)一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，要依具體情況而定，只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)，帶電體的形狀、大小等因素的影響可以忽略，即可視為點(diǎn)電荷故B正確庫倫定律的理解例題2 關(guān)于庫侖定律，以下說法中正確的是()A庫侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的帶電體B庫侖定律是實(shí)驗(yàn)定律C庫侖定律僅適用于靜止電荷間的相互作用D根據(jù)庫侖定律，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)電荷間的距離趨近于零時(shí)，則庫侖力趨近

10、于無窮大答案 B解析一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷不以它的體積大小來確定，體積小的帶電體不一定能視為點(diǎn)電荷，A錯(cuò)；庫侖定律是在大量的實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，B對(duì)；庫侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷，電荷間的庫侖力與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，C錯(cuò)；當(dāng)兩帶電體很近時(shí)，它們已不能看做是點(diǎn)電荷，庫侖定律不再適用，不能再用k來計(jì)算電荷間的庫侖力，D錯(cuò)庫倫定律的應(yīng)用3相隔一段距離的兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力為F，現(xiàn)使其中一個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量變?yōu)樵瓉淼?倍，同時(shí)將它們間的距離也變?yōu)樵瓉淼?倍，則它們之間的靜電力變?yōu)?)A. B4F C2F D.答案 A解析Fk，F(xiàn)kk，選A.合力求解4如圖所示，三個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2、q3固

11、定在一直線上，q2與q3間距離為q1與q2間距離的2倍，每個(gè)電荷所受靜電力的合力均為零，由此可以判定，三個(gè)電荷的電荷量之比為()A(9)4(36) B9436C(3)2(6) D326答案 A解析本題可運(yùn)用排除法解答分別取三個(gè)電荷為研究對(duì)象，由于三個(gè)電荷只在靜電力(庫侖力)作用下保持平衡，所以這三個(gè)電荷不可能是同種電荷，這樣可立即排除B、D選項(xiàng)，故正確選項(xiàng)只可能在A、C中若選q2為研究對(duì)象，由庫侖定律知：，因而得：q1q3，即q34q1.選項(xiàng)A恰好滿足此關(guān)系，顯然正確選項(xiàng)為A.【鞏固提升】1對(duì)于庫侖定律，下列說法正確的是()A只要是計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，就可使用公式FkB兩個(gè)帶電

12、小球即使相距非常近，也能用庫侖定律計(jì)算庫侖力C相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們受到的庫侖力大小一定相等D庫侖定律中的靜電力常量k只是一個(gè)比例常數(shù)，只有數(shù)值，沒有單位2A、B兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離恒定，當(dāng)其他電荷移到A、B附近時(shí)，A、B之間的庫侖力將()A可能變大 B可能變小C一定不變 D不能確定3兩個(gè)完全相同的小金屬球，它們的帶電荷量之比為51(皆可視為點(diǎn)電荷)，它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x時(shí)相互作用力為F1，如果讓它們接觸后再放回各自原來的位置上，此時(shí)相互作用力變?yōu)镕2，則F1F2可能為()A52 B54 C56 D594兩個(gè)帶有同種電荷的小球A、B，放在光滑絕緣水平面上，其中小球A

13、固定，小球B只在庫侖力作用下由靜止開始沿水平面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，小球B的加速度a和速度v的變化是()Aa一直在增大 Ba一直在減小Cv一直在增大 Dv一直在減小5如圖所示，兩根細(xì)線掛著兩個(gè)質(zhì)量相同的小球A、B，上、下兩根細(xì)線的拉力分別為FA、FB，現(xiàn)使兩球帶同種電荷，此時(shí)上、下細(xì)線受力分別為FA，F(xiàn)B，則()AFAFA，F(xiàn)BFBBFAFA，F(xiàn)BFBCFAFA，F(xiàn)BFBDFAFA，F(xiàn)BFB6如圖所示，兩個(gè)帶電小球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2，電荷量分別為q1、q2.靜止時(shí)兩懸線與豎直方向的夾角分別為1、2，且恰好處于同一水平面上下列說法正確的是()A若q1q2，則12B若q1q2，則12C若m

14、1m2，則12D若m1m2，則127如圖所示，把質(zhì)量為2.0×103 kg的帶電小球B用細(xì)線懸掛起來若將帶電荷量為4.0×108 C的小球A靠近B，則平衡時(shí)細(xì)線與豎直方向成45°角已知A、B在同一水平面上且相距0.3 m，B球所帶的電荷量為_ C(取g10 m/s2)8真空中光滑絕緣平面上，分別放置兩個(gè)電荷量為Q、9Q的點(diǎn)電荷A、B，如圖6所示，且A、B間的距離為60 cm.然后在另一位置放置點(diǎn)電荷C，這時(shí)三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)，求C的電荷量以及相對(duì)A的位置9兩個(gè)完全相同的小球A和B，只有A帶有一定的電荷量，A、B接觸后分開，相距1 m時(shí)測(cè)得相互作用力等于1 N

15、，求接觸前A的電荷量是元電荷的多少倍？10行星繞恒星運(yùn)動(dòng)由萬有引力提供向心力，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)由庫侖力提供向心力，已知電子的質(zhì)量為m，原子核與電子的帶電荷量都為e，電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，靜電力常量為k，求：(1)電子轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度；(2)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期鞏固提升1 AC解析庫侖定律的表達(dá)式Fk的適用條件是真空中的點(diǎn)電荷，而不是任意情況下的帶電體，所以選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；兩個(gè)點(diǎn)電荷之間受到的靜電力互為作用力與反作用力，所以選項(xiàng)C正確；靜電力常量k9.0×109 N·m2/C2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤2 C解析根據(jù)庫侖定律，兩個(gè)點(diǎn)電荷間的庫侖力只跟兩個(gè)電荷的電荷量和它們間的距

16、離有關(guān)，因此它們間的庫侖力不會(huì)受到外界的影響選項(xiàng)C正確3 BD解析根據(jù)庫侖定律，它們接觸前的庫侖力為F1k.若帶同號(hào)電荷，接觸后的帶電荷量相等，都為3q，此時(shí)庫侖力為F2k；若帶異號(hào)電荷，接觸時(shí)電荷先中和后平分，接觸后的帶電荷量也相等，都為2q，此時(shí)庫侖力為F2k.由以上計(jì)算可知選項(xiàng)B、D正確4 BC解析本題考查的知識(shí)點(diǎn)是牛頓第二定律和庫侖定律B在A的靜電斥力的作用下，向遠(yuǎn)離A的方向做加速運(yùn)動(dòng)，C對(duì)，D錯(cuò)A、B間隔越來越遠(yuǎn)，由牛頓第二定律得kmBaB，r逐漸變大，則aB逐漸減小，故A錯(cuò)，B對(duì)5 B解析兩個(gè)小球都不帶電時(shí)，F(xiàn)AGAFB，F(xiàn)BGB；使兩球帶同種電荷后，F(xiàn)AF斥GAFB，F(xiàn)BGBF斥

17、FAFA，故FBFB，B項(xiàng)正確6 CD解析A、B之間的靜電力是作用力和反作用力的關(guān)系，所以不論A、B哪個(gè)帶的電荷量大，它們受到的靜電力大小相等、方向相反，由平衡條件得tan .可見質(zhì)量相同，偏角相同；質(zhì)量越大，懸線與豎直線的偏角越小故選項(xiàng)C、D正確7 5×106解析以小球B為研究對(duì)象，其受力分析如圖所示，設(shè)小球B所帶的電荷量為qB，由平衡條件可知：kmgtan 45°代入數(shù)據(jù)解得：qB5×106 C.8Q在A點(diǎn)左側(cè)距A 30 cm處解析由于三個(gè)點(diǎn)電荷中每個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)，三個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)位于同一條直線上設(shè)Q、9Q如圖所示放置，根據(jù)“三點(diǎn)共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大” 原則，C應(yīng)放在A、B連線A點(diǎn)左側(cè)，