物理选修1—1全册教案

第一节电荷库仑定律教学目标（一）知识与技能1．了解人类对电现象的认识过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神。

2．了解元电荷的大小，了解电荷守恒定律，知道摩擦起电和感应起电的实质不是创造电荷，而是电荷的转移。

3．理解库仑定律的含义和表达式，知道静电常量。

了解库仑定律的适用条件，学习用库仑定律解决简单的问题。

4．渗透理想化思想，培养由实际问题进行简化抽象思维建立物理模型的能力。

（二）过程与方法1．教师通过实验法、问题教学法启发学生理解抽象的电荷知识。

2．通过认识科学家在了解自然的过程中常用的科学方法，培养学生善用类比方法、理想化方法、实验方法等物理学习方法。

（三）情感态度与价值观1．通过阅读材料，展示物理学发展中充满睿智和灵气的科学思维，弘扬前辈物理学家探寻真理的坚强意志和科学精神。

2．通过对比天电和地电、以及定性和定量、神学和科学对电现象的认识，使学生了解人类对电荷的认识过程，培养学生探索大自然的兴趣。

3．通过对库仑定律探究过程的讨论，使学生掌握科学的探究方法，激发学生对科学的热情。

课堂教学（一）新课引入古代人已经发现了有关静电现象，主要是梳头或者是羊毛、丝、棉类的衣物摩擦有闪光及声音；古希腊人发现琥珀可以吸引轻小物体。

英国的吉尔伯特（1544—1603）是最早系统地研究电磁现象的科学家。

他发现琥珀和磁铁都能够吸引物体，不过性质不同，经过研究，他发现许多其他物体经过摩擦后也都能够吸引其他小物体。

引入（electric）（琥珀体）还发明了可供实验用的验电器。

德国的奥托·格里克（1602—1686），马德堡市市长，1654年曾用自己发明的抽气机做了马德堡半球实验；1660年发明了第一台可产生大量电荷的摩擦起电机。

有了这样的机器，因而做成了各种各样的电火花实验；还有让人身体带电的实验；这使得18世纪40年代的德国整个社会都对电现象感兴趣，许多人购买了摩擦起电机做实验作为娱乐，同时也大大普及了电学知识。

电学知识在整个欧洲各国都普及起来。

法国电学家诺莱特在巴黎圣母院前进行，他请700个修道士手拉手地排起来，让排头的手拿莱顿瓶放电时，发现700个修道士同时跳了起来，显示了电的强大威力。

富兰克林的风筝实验，证明了雷电是一种放电现象，在此基础上，发明了避雷针。

（二）进行新课1．接引雷电下九天──富兰克林发明避雷针的故事1752年7月的一天，在北美洲的费城，一位名叫富兰克林的科学家，做了一个轰动世界的实验：这天下午，天色阴暗，乌云滚滚。

天空中不时闪烁着青白色的电光，传来一阵阵沉闷的雷声，眼看一场可怕的大雷雨就要来临了。

“这是最合适的天气！”富兰克林和他的儿子威廉带着风筝和莱顿瓶（一种可充放电的容器），奔向郊外田野里的一间草棚。

这可不是一只普通的风筝：它是用丝绸做成的，在它的顶端绑了一根尖细的金属丝，作为吸引闪电的“接收器”；金属丝连着放风筝用的细绳，这样细绳被雨水打湿后，也就成了导线；细绳的另一端系上绸带，作为绝缘体（要干燥），避免实验者触电；在绸带和绳子之间，挂有一把钥匙，作为电极。

富兰克林和他的儿子连忙乘着风势，将风筝放上了天。

风筝，像一只矫健的鸟儿，渐渐地飞到云海中。

父子俩躲在草棚的屋檐下，手中紧握着没有被雨水淋湿的绸带，目不转睛地观察着风筝的动静。

突然，天空中掠过一道耀眼的闪电。

富兰克林发现，风筝引绳上的纤维丝一下子竖立起来。

这说明，雷电已经通过风筝和引绳传导下来了。

富兰克林高兴极了，他禁不住伸出左手，触碰一下引绳上的钥匙。

“哧”的一声，一个小小的蓝火花跳了出来。

“这果然是电！”富兰克林兴奋地叫了起来。

“把莱顿瓶拿过来。

”富兰克林对威廉喊道。

他连忙把引绳上的钥匙和莱顿瓶连接起来。

莱顿瓶上电火花闪烁。

这说明莱顿瓶充了。

事后，富兰克林用莱顿瓶收集的雷电，做了一系列的实验，进一步证实了雷电与普通电完全相同。

富兰克林的这一风筝实验，彻底地击碎了闪电是“上帝之火”、“煤气爆炸”等流行的说法，使人们真正认识到雷电的本质。

因此，人们说：“富兰克林把上帝与闪电分了家。

”富兰克林的风筝实验绝不是一时冲动所做的。

早在数年前，他就致力于电的研究，并在当时人们不知“电为何物”的时代，指出了电的性质。

在一次研究的意外事件中，他得到启迪。

有一次，他把几只莱顿瓶连在一起，以加大电容量。

不料，实验的时候，守在一旁的妻子丽德不小心碰了一下莱顿瓶，只听得“轰”的一声，一团电火花闪过，丽德被击中倒地，面色惨白。

她因此休息了一个星期身体才得到康复。

“莱顿瓶发出的轰鸣声，放出的电火花，不是和雷电一样吗？”富兰克林大胆地提出这个设想。

经过反复思考，他推测雷电就是普通的电，并找出它们两者间的12条相同之处：都发亮光；光的颜色相同；闪电和电火花的路线都是曲折的；运动都极其迅速；都能被金属传导；都能发出爆炸声或噪声；都能在水或冰块中存在；通过物体时都能使之破裂；都能杀死动物；都能熔化金属；都能使易燃物燃烧；都放出硫磺气味。

1747年，富兰克林把他的这些想法，写成论文《论雷电与电气的一致性》。

他将论文寄给他的朋友、英国皇家学会会员科林逊。

可当科林逊将论文送交皇家学会讨论时，得到的是一阵嘲笑。

许多权威科学家认为富兰克林的观点荒唐无比，“把科学当作儿童的幻想”。

对于权威人士的嘲笑、奚落，富兰克林不予理睬，终于在做好各种准备的情况下，冒着生命危险，做了风筝实验。

富兰克林从风筝实验中，不但了解了雷电的性质，而且证实：雷电是可以从天空“走”下来的。

“高大建筑物常常遭到雷击，能不能给雷电搭一个梯子，让它乖乖地‘走’下来呢？”富兰克林想。

正当富兰克林思考这一问题的时候，不幸从俄国彼得堡传来消息：1753年7月26日，科学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，在操作时，不幸被一道电火花击中身亡。

这更坚定了富兰克林研制避免雷击装置的决心。

他先在自己家做实验：在屋顶高耸的烟囱上，安装一根3米长的尖顶细铁棒；在细铁棒的下端绑上金属线；沿着楼梯，把金属线引到底楼的一个水泵上（水泵与大地有接触）；将经过房间的那段金属线分成两段，且将两股线相隔一段距离，各挂一个小铃。

这样，如果雷电从细铁棒进入，经过金属线进入大地，那么，两股线受力，小铃就会晃荡，发出响声。

一天，电闪雷鸣，暴风雨就要来了。

在雷声、雨声的“伴奏”下，守候在房间小铃旁的富兰克林，听到了小铃发出的清脆、悦耳的声音。

他高兴地笑了。

富兰克林把那根细铁棒称为“避雷针”。

避雷针的问世，引起了教会的反对。

他们认为：“装在屋顶的尖杆指向天空是对上帝的不敬。

”“干涉上帝的事，对上帝指手划脚，是要受上帝惩罚的。

”然而，有一次在一场雷雨之后，神圣的教堂着火了，而装有避雷针的房屋却平安无事。

于是，避雷针的作用被人们认识，避雷针也很快地传开了。

至1784年，全欧洲的高楼顶上都用上了避雷针。

富兰克林的发现统一了天电和地电，破除了人们对雷电的迷信。

储存了天电的莱顿瓶可以产生一切地电所能产生的现象，这就证明了天电与地电是一样的。

2．电荷演示：用和丝绸摩擦后的玻璃棒去接触验电器的金属球，发现箔片张开，表明玻璃棒带了电。

师问：摩擦起电现象是什么？有什么特点？生答：摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质，这种现象叫摩擦起电，这样的物体就带了电。

师问：自然界中存在哪几种形式的电荷？摩擦起电中跟丝绸摩擦过的玻璃棒带什么电？跟毛皮摩擦过的橡胶棒又带什么电？生答：正负两种电荷，玻璃棒带正电，橡胶棒带负电。

师问：电荷间的相互作用是什么？生答：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

师问：它们所带的电荷的多少叫什么？单位是什么？生答：电荷量（Q），单位是：库仑（C）师问：这种使物体带电的方法叫什么？生答：摩擦起电。

（教师用验电器演示验证摩擦起电和接触起电）3．带电本质教师：引导学生阅读教材最后一段有关物质内部微观结构的描述，思考和回答问题：（1）物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？（2）什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？学生：积极阅读教材，思考并回答问题。

教师引导学生总结出：带电的本质是电子的得失。

4．起电方式师问：使物体带电方式有哪些？生答：摩擦起电、接触起电。

师问：除了摩擦起电、接触起电外，还有没有可以使物体带上电的方法？生答：人们发现还有感应起电。

教师：1．做课本演示实验1．1-4，观察在带正电的C向A、B靠近时，A、B的箔片张开情况．2．分析现象并结合检验，得到A、B分别带上了负电荷和正电荷。

3．把电荷移近不带电的物体，使物体带电的方法，叫感应起电，这种现象叫静电感应。

师生共同分析感应起电的实质：是使物体中的正负电荷分开，电荷从物体的一部分转移到另一部分。

师问：摩擦起电、接触起电、感应起电三种起电方式的微观机理是否相同？起电实质是什么？生归纳总结：1．摩擦起电：原因是电子的转移。

2．接触起电：原因仍是电子的转移。

（同时弄清楚了电量均分现象和中和现象。

）3．感应起电：仍是电子的转移。

5.电荷守恒通过三种起电方式原因的分析，由学生总结得出起电过程中电荷守恒：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。

并与能量守恒定律、动量守恒定律等相类比，指出他们都是自然界中普遍存在的规律。

（指导学生学习中也要有知识的迁移、总结、类比、融会贯通。

）做出电荷守恒定律的另一表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。

过渡语：这是物理学中重要的基本定律之一。

通过前面的学习，清楚了物体带电的本质，而一个带电体究竟带多少电？经过大量实验证明，所有带电体的电荷量或者等于电荷量e或者是电荷量e的整数倍。

6．元电荷（学生阅读教材相关内容）回答下列问题：1．电荷的多少如何表示？它的单位是什么？2．什么是元电荷？一个电子就是一个元电荷吗？3．元电荷的数值是多少？它的数值最早是由哪位物理学家测定的？学生总结得出：1．元电荷：人们把自然界中最小电荷叫做元电荷，电荷量为1．6×10-19C。

2．元电荷是电荷量的单位（1．6×10-19C作为一个电荷量单位），不是指某电荷。

3．电子和质子的电荷量均为e，所有带电体的电荷量等于e或者是e的整数倍。

7．库仑定律1．学生做1．1-5实验，反复多做几次，猜想它们之间的作用力的大小可能与哪些因素有关？2．教师演示1．1-6的实验。

3．学生注意观察小球偏角的变化以及引起这一变化的原因。

4．通过对实验现象的定性分析得到：电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减小。

5．法国物理学家库仑，用实验研究了电荷间相互作用的电力，这就是库仑定律。

内容：真空中的两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。