高中物理人教版1第一章靜電場第2節(jié)庫侖定律 市賽獲獎

人教版高中物理3－1第一章靜電場第2節(jié)庫侖定律一、復習1、由實驗測定的自然界存在的最小電量叫做元電荷(通常取e=C)，所有帶電體的電荷量都是它的倍。2、電荷之間相互作用的規(guī)律是同種電荷相互，異種電荷相互。二、引入新課師：電荷間的相互作用在日常生活中是一種覺的現(xiàn)象，也有很多有趣的實驗現(xiàn)象，比如：同學們是否還想進一步了解電荷間相互作用到底存在什么明確的規(guī)律（提出問題）？這也是我們這節(jié)課要學習的內容，也是物理學要研究的最重要的問題之一。三、新課教學師：要想進一步了解電荷間相互作用到底存在什么明確的規(guī)律，如何研究？簡要討論后明確物理規(guī)律研究的一般方法：從定性到定量，從簡單到復雜。1、定性研究電荷間作用規(guī)律猜想1：電荷之間的相互作用力可能與哪些因素有關？生：帶電體間的距離；帶電體的電荷量；介質等師：如何用實驗加以證明？結論如何？學生思考設計方案，教師歸納演示，學生配合老師一起做。定性實驗：誰能讓小氣球帶電？帶什么電？師：演示帶電氣球與玻璃棒相互作用。教師說明課本演示帶電體之間相互作用的定性規(guī)律。結論：隨著帶電體間的距離的增大而減?。浑姾芍g的相互作用力隨著帶電體的電荷量的增大而增大。2、定量研究電荷間作用規(guī)律師：18世紀中葉之前，一直停留在只有定性研究，18世紀中葉，由于牛頓力學和萬有引力的研究取得了巨大的成功，在牛頓力學研究的激勵下，很多科學家也開始了電荷間作用規(guī)律的定量研究。在學習定量研究之前，先向同學們介紹一種重要的研究方法：類比法。（1）類比法思想介紹師：所謂類比法，就是根據(jù)兩個對象之間在某些方面具有的相同或相似性，推論它們在其他方面也可能相同或相似的方法，其思維過程是從特殊到特殊。類比法應用：牛黃：貴重的藥材，你知道是什么嗎？牛膽結石。珍珠：河蚌體內進入異物，并以異物為核凝結而成。人們已經(jīng)成功在河蚌體內植入某種異物培育出人工珍珠。根據(jù)牛黃與珍珠形成過程的相似，以及人工育珠的成功，人們推及在牛膽內植入異物，培育人工牛黃，經(jīng)過反復實驗取得成功。加拿大前任外交官切斯特·朗寧，生于湖北，是喝中國奶媽的乳汁長大的。他回國后，在歲競選議員時，反對派詆毀他是喝中國人的奶長大的，身上一定有中國血統(tǒng)，

郎寧坦然答道：“根據(jù)當?shù)亓晳T，你們是喝牛奶長大，你們身上一定有牛的血統(tǒng)?！睅煟河深惐鹊贸龅慕Y論不一定正確，它是一種重要的創(chuàng)新思維方法，正如黑格爾的精辟評價：“類比可能很膚淺，也可能很深刻”在新的科學領域進行最初探討時，通過新的、未知的事物與舊的、已知的事物在某些方面相似的聯(lián)想,類比推理可以取得豐碩成果。師：關于電荷間的相互作用規(guī)律，如果是你，你會作出怎么樣的類比？提出怎樣的猜想？生討論后得到猜想：（2）猜想2：（3）電荷之間的作用力“平方反比律”的定量研究師：18世紀后期有好些科學家也都有這個猜想。盡管定量實驗還沒有成功，但都確信“平方反比律”適用于電荷之間的作用力，定量實驗研究過程中會遇到三大困難：①由于帶電體上的電荷分布難以確定，因而無法確定相互作用的帶電體之間的距離．②由于當時電荷量的單位還沒有，無法確定帶電體電荷量的多少．③由于電荷之間的作用力非常小，當時沒有足夠精密的測量器具．庫侖在其他科學家的研究基礎上，結合自己獨特的研究，很好地解決了這三個困難：怎么解決？學生討論后老師引導庫侖的解決方案。首先:他運用質點類比的方法，理想化模型方法，提出“點電荷”的概念，把帶電體電荷分布不確定、間距難以確定的問題解決了。點電荷：把本身的線度比相互之間的距離小得多的帶電體。然后:他利用兩個完全相同的小球接觸時電荷等量分配的特點，確定帶電體電荷量的多少，把電荷量當時沒有單位的問題解決了．最后:他發(fā)明了庫侖扭秤，把測量電荷之間很小力的困難給解決了。庫侖扭秤原理介紹：（動畫）玻璃圓缸,上面蓋一塊玻璃板,蓋板中間有孔，孔中裝一根玻璃管，在玻璃管的上端裝有測定扭轉角度的測微計,并懸一根銀絲穿過管伸進玻璃缸內，橫桿的一端為木質小球，另一端平衡小球。帶電小球C與小球A接觸后分開，以致兩個小球均帶同種等量電荷。帶電小球C與帶電小球A遠離時，使平衡桿處于自然狀態(tài)。帶電小球C與帶電小球A靠近時，由于互相排斥，帶電小球A受到斥力產生力矩使橫桿旋轉，懸絲也跟著發(fā)生了扭轉形變。產生扭轉力矩，因為懸線很細，很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置"當懸絲的扭轉力和庫侖力力相平衡時，轉動測微計，使帶電小球A回到原來位置，記錄測微計轉過的角度。繼續(xù)轉動測微計，改變帶電小球C與帶電小球A，測出帶電小球C與帶電小球A不同距離時測微計的讀數(shù)。作了三次記錄：第一次，兩球相距36個刻度,測得銀絲的旋轉角度為36度"第二次，兩球相距18個刻度,測得銀絲的旋轉角度為144度"第三次，兩球相距個刻度,測得銀絲的旋轉角度為575.度師：那么旋轉角度與扭力大小有什么關系呢？介紹自己制作的一個特大扭秤，通過自制的特大扭秤，定量證明扭力大小與旋轉角度成正比。暫把這一特大扭秤取名為“王氏扭秤”。從而得到如下結論：實驗結論：兩小球間隔懸絲扭角距離之比靜電力之比第一次36個刻度36度41第二次18個刻度144度24第三次個刻度575.度16師：相斥靜電力與距離之間的定量關系猜想得到驗證，但是對于異種電荷之間的引力，用扭稱不能很好研究，庫侖同樣用類比通過另一實驗裝置作了很好的驗證（根據(jù)學生程度確定是否作些介紹）。于是得出電的引力和斥力都遵守平方反比規(guī)律"并于1785年宣布了他的研究成果。（3）庫侖定律：關鍵詞：點電荷、真空、靜止條件是一個根本的限制條件，空氣中近似成立。鞏固練習1，主要對庫侖定律的適用條件及靜電感應有一綜合思維提升。例題1：兩個半徑為r的金屬小球帶同種電荷，帶電量分別為q1和q2，當兩球心相距為3r時，相互作用的庫侖力大小為（）A、B、C、D、無法確定（4）進一步思考：庫侖定律是電磁學中的基本定律之一,是電學史上的第一個定量定律.它的建立標志著電學研究從定性階段轉入定量階段的研究，現(xiàn)在很多的定量電磁理論都是以庫侖定律為基礎建立起來的，庫侖定律可以說是經(jīng)典電磁理論的基石，如果不成立,后果很嚴重。庫侖定律是通過類比建立起來的，我們特別要注意精密的驗證。大膽假設，小心求證是科學研究的一種重要思想。庫侖定律的精密度的驗證庫侖定律的適用范圍庫侖定律是否適用所有尺度范圍，也必須經(jīng)過實驗的驗證才能確定?，F(xiàn)在能證明的尺度適用范圍為：10-18m到107m之間。是否嚴格平方反比和是否適用所有尺度范圍仍將是以后物理學研究的內容。鞏固練習2，主要對庫侖定律的應用及與萬有引力有一個綜合比較。例題2：已知電子的質量m1=×10-31kg，質子的質量m2=×10-27

kg，電子和質子的電荷量都是×10-19C，電子與質子間的最短距離為×10-11m。試比較氫原子中電子和質子間的靜電引力和萬有引力的大小。教師說明：庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次平方反比規(guī)律，但仍是二種不同性質的力，電子和質子的靜電