普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[人教版]

金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第1页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－1[人教版]第一章静电场1.2库仑定律★新课标要求（一）知识与技能1、掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念2、理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量3、会用库仑定律的公式进行有关的计算（二）过程与方法通过观察演示实验，概括出两种电荷间的作用规律。培养学生观察、概括能力。（三）情感、态度与价值观渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——点电荷，研究真空中静止点电荷间互相作用力问题——库仑定律。★教学重点掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。★教学难点库仑定律的实际应用★教学方法实验归纳法、讲授法★教学用具：有绝缘支架的小球、细线、小球、验电器，多媒体辅助教学设备★教学过程（一）引入新课教师：上节课我们学习了电荷及电荷守恒定律，了解了物质内部的微观结构，掌握了物体带电的实质。通过静电感应现象知道电荷间存在相互作用力。那么电荷间相互作用力的大金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第2页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com小跟什么有关，存在怎样的规律？这节课我们就来深入学习这方面的知识。（二）进行新课1、演示实验演示：用与丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次使球带正电，再用丝线将小球悬于铁架台上，使较大的球靠近，小球放在不同位置。如图所示。［现象］位置不同，偏角不同，且距离越近，偏角越大。［学生得］偏角越大，说明小球所受电力越大，即两球距离越大，电力越大。［演示］将较大球放在同一位置，增大或减小其所带电量。［现象］带电量越大，偏角越大。［学生得］带电量越大，电力越大。师生总结，得出结论：与电荷间相互作用力有关的因素：a.两电荷间距离：距离越近，电荷间相互作用力越大。b.两电荷电荷量：电荷量越大，电荷间相互作用力越大。过渡：早在我国东汉时期已经掌握了电荷间相互作用的定性规律，定量讨论电荷间相互作用，则是两千年之后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。2、库仑定律投影：库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。电荷间的相互作用力叫做静电力或库仑力。金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第3页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com教师活动：引导学生阅读教材第7页第二段，思考并回答以下问题：（1）库仑定律中的“点电荷”应该怎样理解？是不是带电体的体积足够小，就可以看成点电荷？（2）在你学过的物理概念中，哪一个概念与“点电荷”类似？学生活动：阅读教材，思考并回答问题（1）点电荷：当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时，带电体可视为点电荷。并不是带电体的体积足够小，就可以看成点电荷。（2）点电荷，是一种理想模型。与前面学过的“质点”的概念类似。点评：通过学生思考、讨论，理解“点电荷”的物理含义，加深对概念和规律的理解是非常重要的。为进一步应用库仑定律解决实际问题打下基础。3、库仑的实验教师活动：指导学生阅读教材相关内容，让学生了解库仑的实验过程，体会实验构思的巧妙，实验器材（库仑扭秤，多媒体展示）的设计，规律的推导过程等。点评：通过学生阅读教材，培养学生热爱科学，崇尚科学的良好品质。阅读提纲：（1）库仑扭秤的结构是怎样的？库仑是怎样研究电荷间作用力大小的？（2）写出库仑定律的数学表达式，并指明公式中各符号的意义。（3）库仑定律的适用条件是什么？静电力常量的数值是多少？（4）库仑定律的公式与我们前面学的那一个定律的公式相似？学生活动：阅读教材，思考并回答问题。师生一起总结：（1）库仑定律的公式式中，F、Q1、Q2、r均取国际单位，由实验测得：k=9.0×109N·m2/C2。（2）适用条件：a.真空b.静止的点电荷大小：221rQQkF方向：同性相斥，异性相吸金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第4页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com教师指出：通常在干燥的空气中也适用。教师强调：应用库仑定律解题时应注意（投影出示）a.先看所给题中是否满足真空（或干燥空气）中点电荷的适用条件.b.大小：F=k221rQQ，Q1、Q2仅带电荷量的绝对值，各物理量均取国际制单位。方向：同性相斥，异性相吸。［例题1］试比较氢原子中电子和质子间的静电引力和万有引力的大小。已知电子的质量m1=9.1×10-31kg，质子的质量m2=1.67×10-27kg，电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C，电子与质子间的最短距离为5.3×10-11m。解：电子和质子的静电力F1和万有引力F2分别是F1=k221rQQ，F2=G221rmm∴2327311119199212121103.21067.1101.91067.61060.11060.1100.9mGmQkQFF［指出］从例题中看出，电子和质子的静电引力F1是它们间万有引力F2的2.3×1039倍.正因如此，以后在研究带电微粒间相互作用时，经常忽略万有引力.库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律，人们至今还不能说明它们的这种相似性，物理学家还在继续研究.希望大家能学有所成，以后在这方面的研究有所突破.库仑定律是电磁学的基本定律之一。任一带电体均可看成由许多点电荷组成，如果清楚带电体的电荷分布，依据库仑定律和平行四边形定则即可求得。［例题2］真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+2×10-6C，求他们所受的库仑力。解：如图所示，每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，只求出其中一个点电荷受的库仑力即可。以q3为研究对象，共受到F1和F2的作用，q1=q2=q3=q，相互间的距离r都相同。金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第5页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com144.02221rqkFFN根据平行四边形定则，合力25.030cos21FFN（三）课堂总结、点评教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）实例探究☆关于库仑定律的综合应用【例】真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A和B（A、B均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力为F。用一个不带电的同样的金属小球C先和A接触，再与B接触，然后移去C，则A、B球间的静电力应为多大?若再使A、B间距增大一倍，则它们的静电力又为多大?解析：设A、B两球的电量分别为q、－q，相距r，那么22/rkqF，是引力。用球C接触球A后，A、C带电均为q/2；再用球C与球B接触后，电荷又重新平均分配。4)2(21qqqqqCB金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第6页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com移去球C，A、B间的静电力为FrkqrqqkF818142222仍为引力.再把A、B间距从r增大到2r，FrqqkF3212422说明：在本题中，若球C继续与A接触又与B接触，同学们可以发现，接触次数越多，A、B所带电量越少，最终A、B、C三个小球带电都趋于零.一般地，两相同的金属小球分别带电q1、q2，利用第三个相同的金属小球来回与它们接触无限多次后，三个小球所带电量趋于相等，即q1′＝q2′＝q3′＝（q1＋q2）/3．★巩固练习1.两个相同的均匀带电小球，分别带Q1=1C，Q2=－2C，在真空中相距r且静止，相互作用的静电力为F。（1）今将Q1、Q2、r都加倍，问作用力变化？（2）只改变两电荷的电性，作用力如何？（3）只将r增大两倍，作用力如何？（4）将两个球接触一下后，仍放回原处，作用力如何？（5）接（4）题，为使两球接触后，静电力的大小不变，应如何放置两球？答：（1）作用力不变。（2）作用力不变。（3）作用力变为F/9，方向不变。（4）静电力的大小变为F/8，方向由原来的相吸变为相斥。（5）将两带电体间的距离变为r/8。2.两个相同的金属小球，一个带电Q1=4.0×10-11C，另一个带电Q2=－6.0×10-11C。（1）两球相距50cm时，它们之间的静电力？（2）把两球接触，分开后使它们仍相距50cm，它们之间的静电力？解：（1）两球相距50cm时静电力大小：金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第7页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com2111192215.0100.6100.4100.9rQQkFN=8.6×10－11N两球带异种电荷而相吸。（2）两球接触后，部分电荷中和，净电荷为－2.0×10－11C，因两球相同，分开后各带－1.0×10－11C221192215.0)100.1(100.9rQQkFN=3.6×10－12N两球带同种电荷而相斥.★课余作业1、课下阅读课本第10页阅读材料《静电复印》2、书面完成P11“问题与练习”第2、4、5题；思考并回答第1、3题。★教学体会本节的库仑定律是这一章的基本规律，对库仑定律的讲述，教材是从学生已有认识出发，采用了一个定性演示实验，进而得出结论。库仑定律是学习电场强度和电势差概念的基础，也是本章重点。要通过适量的例题和练习，让学生熟练掌握库仑定律的应用。★资料袋谈谈库仑定律中的比例常量在现行的高中物理教材（人教版）库仑定律的表达式F=k221rQQ中，关于比例常数k只说道：“由实验得出k=9.0×109N·m2·C－2.”一些普通物理课本中有的只说：“在MKSA单位制中将k写成k=1/4πε0的形式.”至于为什么要写成这样的形式却未加说明.有的课本只是说了：“用这样较复杂的比例常数形式是为了使由库仑定律推导出来的某些常用公式可以变得形式简单些”.而这个比例常数的意义均未指出.当然，作为高中课本来说，不可能在开始接触电磁学知识时就讨论这个问题，但是，对物理教师而言，弄清k=1/4πε0的意义是必要的，也是应该的.本文就此谈谈自己的学习体会，不妥之处，请大家指正.在各单位制（如绝对静电单位制、绝对电磁单位制、高斯单位制、国际单位制等）中，电磁学公式有“未有理制”和“有理制”两种形式如下表：金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第8页共8页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com公式名称未有理制有理制库仑定律F=Q1Q2/ε0r2F=Q1Q2/4πε0r2（k=1/4πε0）点电荷的场强E=Q/ε0r2E=Q/4πε0r2（k=1/4πε0）点电荷的电势U=Q/ε0rU=Q/4πε0r（k=1/4πε0）平行板电容器内场强E=4πσ/ε0E=σ/ε0（σ=Q/S）平行板电容器的电容C=ε0S/4πdC=ε0S/d（ε0S/d=UQ）从表中可以看出，由未有理制的库仑定律导出的点电荷的场强为E=Q/ε0r2，点电荷的电势为U=Q/ε0r，而平行板电容器的场强为E=4πσ/ε0.由于点电荷的电场分布具有球对称性，但在它们的场强公式和电势公式中没有系数4π出现，而在平行板电容器内的均匀场强公式中反而出现了系数4π，这显然是不合理的.为了使公式合理化，在库仑定律公式中先引入了系数41，如上表.这样，就使得由库仑定律导出的电容为C=ε0S/d等.此外，再谈谈比例常数k中引入真空介电常数ε0的意义.引入ε0是为导出介质中库仑定律公式的必要过程，但是为什么把ε0放在比例常数的分母上呢？理论和实践证明：一切电介质在外电场的作用下都要极化，而由极化电荷产生的附加电场总是对原电场起着削弱的作用.因此，在