人教版物理选修1-1全册教案

高二物理教案
选修1-1
（2016-2017学年度第1学期）
任教学科：高二物理
编写时间：2016年9月
第一章电场电流
第一节电荷库仑定律
教学目标
（一）知识与技能
1．知道两种电荷及其相互作用．知道点电荷量的概念．
2．了解静电现象及其产生原因；知道原子结构,掌握电荷守恒定律
3．知道什么是元电荷．
4．掌握库仑定律，要求知道知道点电荷模型，知道静电力常量，会用库仑定律的公式进行有关的计算．
（二）过程与方法
2、通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。

3、类比质点理解点电荷，通过实验探究库仑定律并能灵活运用
（三）情感态度与价值观
通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质，认识理想化是研究自然科学常用的方法,培养科学素养，认识类比的方法在现实生活中有广泛的应用
重点：电荷守恒定律，库仑定律和库仑力
难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题，库仑定律的理解与应用。

课时安排 2课时
教具：丝绸，玻璃棒，毛皮，硬橡胶棒，绝缘金属球，静电感应导体，通草球，多媒体课件
教学过程：
第1节电荷库仑定律
（一）引入新课：
多媒体展示：闪电撕裂天空，雷霆震撼着大地。

师：在这惊心动魄的自然现象背后，蕴藏着许多物理原理，吸引了不少科学家进行探究。

在科学史上，从最早发现电现象，到认识闪电本质，经历了漫长的岁月，一些人还为此付出过惨痛的代价。

下面请同学们认真阅读果本第2页“接引雷电下九天”这一节，了解我们人类对闪电的研究历史，并完成下述填空：
电闪雷鸣是自然界常见的现象，蒙昧时期的人们认为那是“天神之火”，是天神对罪恶的惩罚，直到1752年，伟大的科学家___________冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，把天电引了下来，发现天电和摩擦产生的电是一样的，才使人类摆脱了对雷电现象的迷信。

师强调：以美国科学家的富兰克林为代表的一些科学家冒着生命危险去捕捉闪电，证实了闪电与实验室中的电是相同的。

雷电是怎样形成的？（大气中冷暖气流上下急剧翻滚，相互摩擦，云层就会积聚电荷，当电荷积累到一定程度，瞬间发生大规模的放电，就产生了雷电）物体带电是怎么回事？电荷有哪些特性？电荷间的相互作用遵从什么规律？人类应该怎样利用这些规律？这些问题正是本章要探究并做出解答的。

师：本节课我们重点研究了解几种静电现象及其产生原因，电荷守恒定律
（二）新课教学
复习初中知识：
师：根据初中自然的学习，用摩擦的方法可使物体带电，请举例说明。

生：用摩擦的方法。

如：用丝绸摩擦过的玻璃棒，玻璃棒带正电；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒，橡胶棒带负电。

演示实验１：先用玻璃棒、橡胶棒靠近碎纸屑，看有什么现象？然后用绸子摩擦玻璃棒或用毛皮摩擦橡胶棒，再靠近碎纸屑看有什么现象？让学生分析两次实验现象的异同；并分析原因。

教师总结：摩擦过的物体性质有了变化，带电了或者说带了电荷。

带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大，能够吸引轻小物体，我们说此时物体带了电。

而用摩擦的方法使物体带电就叫做摩擦起电。

人类从很早就认识了摩擦起电的现象，例如公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中就写下了“顿牟掇芥”一语，指的是用玳琩的壳吸引轻小物体。

后来人们认识到摩擦后的物体所带的电荷有两种：用丝绸摩擦过的玻璃棒的所带的电荷是一种，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种。

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

一、电荷：
1、自然界中的两种电荷（富兰克林命名）
①把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷．
②把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷．
2、电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
3、电荷量：电荷的多少叫做电荷量．符号：Q或q 单位：库仑符号：C
“做一做”验电器与静电计
为了判断物体是否带电以及所带电荷的种类和多少，从18
世纪起，人们经常使用一种叫验电器的简单装置：玻璃瓶内有
两片金属箔，用金属丝挂在一条导体棒的下端，棒的上端通过
瓶塞从瓶口伸出（图甲）。

如果把金属箔换成指针，并用金属
做外壳，这样的验电器又叫静电计（图乙）
问：是否只有当带电体与导体棒的上端直接接触时，金属
箔片才开始张开？解释看到的现象？
1、摩擦起电
摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同．特别是离核较远的电子受到的束缚较小。

当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体。

实质：电子的转移．
结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷．得到电子：带负电；失去电子：带正
电问：摩擦起电有没有创造了电荷？
生：没有，摩擦起电是带电粒子（如电子）从一个物体转移到另一个物体。

师：很多物质都会由于摩擦而带电，是否还存在其它的使物体起电的方式？在学习新的起电方式之前，我们先来学习金属导体模型。

金属导体模型也是一个物理模型P3（动画演示）
自由电子：脱离原子核的束缚而在金属中自由活动。

带正电的离子：失去电子的原子，都在自己的平衡位置上振动而不移动。

2、感应起电
【演示】取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们
彼此接触。

起初它们不带电，帖在下部的金属箔是闭合的。

①把带正电荷的球C移近彼此接触的异体A，B(参见
课本图1.1－1)．金属箔有什么变化？
实验现象：可以看到A，B上的金属箔都张开了，表
示A，B都带上了电荷．提出静电感应概念：
（1）静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象。

规律：近端感应异种电荷，远端感应同种电荷（2）利用静电感应使物体带电，叫做感应起电．
（3）提出问题：静电感应的原因？
带领学生分析物质的微观分子结构，分析起电的本质原因：把带电的球C移近金属导体A和B时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。

如上面的这个演示实验中，导体A和B带上了等量的异种电荷．
【演示】
②如果先把C移走，金属箔又有什么变化？实验现象：A和B上的金属箔就会闭合．
③如果先把A和B分开，然后移开C，金属箔又有什么变化？
实验现象：可以看到金属箔仍张开，表明A和B仍带有电荷；
④如果再让A和B接触，金属箔又有什么变化？
实验现象：金属箔就会闭合，表明他们就不再带电．这说明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和．
问：感应起电有没有创造了电荷？
生：没有。

感应起电而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分。

感应起电也不是创造了电荷。

师：无论是哪种起电方式,其本质都是将正、负电荷分开,使电荷发生转移，并不是创造电荷.
得出电荷守恒定律．
三、电荷守恒定律：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．
师：电荷守恒定律是物理学中重要的基本定律之一。

四、元电荷
师：迄今为止，科学家实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。

质子、正电子所带的电荷量与它相同，但符号相反。

人们把这个最小的电荷量叫做元电荷。

元电荷：电子所带的电荷量，用e表示。

e =1.60×10－19C
注意：迄今为止，发现所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。

就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。

第2课时库仑定律
提出问题：电荷之间的相互作用力跟什么因素有关？ 【演示】如图2，先把表面光滑洁净的绝缘导体放在A 处，然后把铝箔包好的草球系在丝线下，分别用丝绸摩擦过的玻璃棒给导体和草球带上正电，把草球先后挂在P 1、P 2、P 3的位置，带电小
球受到A 的作用力的大小可以通过丝线对竖直方
向的偏角大小显示出来。

观察实验发现带电小球
在P 1、P 2、P 3 各点受到的A 的作用力依次减小；
再增大丝线下端带电小球的电量，观察实验发现，在同一位置小球受到的A 的作用力增大了。

提问四：电荷间作用力大小跟什么有关？
答：与电荷间距离及电量多少有关，电荷的作用力随着距离的增大而减小，随着电量的增大而增大。

带正电的物体和带正电的小球之间的相互作用力的大小和方向．
【板书】：1、影响两电荷之间相互作用力的因素：1．距离．2．电量．
师：电荷间的作用力随电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。

这隐约使我们猜想：电荷间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？也就是说，带电体间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们间距离的二次方成反比？
事实上，电荷间的作用力与引力的相似性早已此起当年一些研究者的注意，卡文迪许和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。

然而，他们也发现，引力与电荷间的力并非完全一样，而且我们上面的实验也仅仅是定性的，并不能证实我们的猜想。

这一科学问题的解决是由法国学者库仑完成的。

【板书】2、库仑定律（1785年，法国物理学家．库仑）
启发与设问： 18世纪法国物理学家库仑也研究了这个问题，
他的猜想是 库仑在前人研究的基础上，先后克服了，困难一：电荷量的测量问题和困难二：作用力的测量问题，用实验研究了电荷之间的作用力，证实了这个猜测，并提出了以下的规律：
库仑定律：（库仑在前人工作的基础上通过实验研究确认）
（1）内容表述：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在两个点电荷的连线上
（2）公式：2
21r q q k F = 静电力常量k = 9.0×109N ·m 2/C 2 适用条件：真空中，点电荷——理
想化模型
（3）电荷间这种相互作用叫做静电力或库仑力
【教学后记】
21,r
F Q F ∝∝
第二节 电场
教学目标
（一）知识与技能
1．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态．
2．理解电场强度的概念及其定义式，会根据电场强度的定义式进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的．
3．认识电场线和电场强度，懂得用电场线、电场强度描述电场，知道匀强电场
（二）过程与方法
通过分析在电场中的不同点，电场力F 与电荷电量q 的比例关系，使学生理解比值F/q 反映的是电场的强弱，即电场强度的概念；知道电场叠加的一般方法。

（三）情感态度与价值观
培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。

重点：电场强度的概念及其定义式
难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算
课时安排 2课时
教学过程 第一课时
（一）复习上课时相关知识
问：讲出库仑定律的内容及该定律的适用条件？
答：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在两个点电荷的连线上。

适用于真空中，点电荷
师：库仑定律提示了电荷间的相互作用规律。

两个电荷不需相互接触，就能产生相互作用，这种相互作用是靠什么传递的呢？
研究这个问题之前，我们先来回忆一下初中所学的磁体之间的相互作用。

大家知道两个磁体
不需相互接触，也能产生相互作用。

谁能告诉大家，磁体间的相互是通过什么发生的？
生：磁体周围有一种物质叫磁场，磁体间是通过磁场发生相互作用的。

师：那么电荷周围是不是也有类似的情况呢？科学研究对这一类似的猜想提供了有力的支持：电荷周围确实也存在着一种物质，叫电场。

电荷间的相互作用就是通过电场发生的。

（二）新课教学
第2节 电场
一、电场： （法拉第提出）
1、电荷的周围都存在着由它产生的电场。

电场是一种物质。

（与磁场一样都是物质的一种形态）
2、基本性质：能对电场中的电荷有力的作用，这个力叫电场力。

前面所学的静电力（库仑力）就是一种电场力。

问题：下面请同学们以电荷A 与电荷B 间相互作用为例，说明电荷A 是怎样对电荷B 施加力
的作用的，电荷B 又是怎样对电荷A 施加力的作
用的？
生：电荷A 和B 是怎样通过电场与其他电荷发生作用．电荷A 对电荷B 的作用，实际上是电荷A 的电场对电荷B 的作用；电荷B 对电荷A 的作用，实际上是电荷B 的电场对电荷A 的作用．
3、电荷间的相互作用力通过电场发生
师：在本章中，只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。

4、静电场：静止电荷产生的电场．
师：电场明显特征之一是对场中其他电荷具有作用力，因此在研究电场的性质时，可以从研究电场的力的性质入手。

为了方便研究，我们需要引入几个电荷概念：
2、试探电荷和场源电荷
（1）试探电荷又叫检验电荷，它是电荷量和尺寸都充分小，以致可忽略原来电场的影响中，同时又能确切地反映它在电场中的位置。

因此试探电荷可以看作是电荷量很小的点电荷，是一种理想化模型，
（2）场源电荷也叫源电荷：产生电场的电荷。

假设我们所研究的电场是由点电荷＋Q 所产生的，则点电荷＋Q 就是场源电荷。

下面把电荷量为＋q 的试探电荷分别放在电场中的A 、B 、C 各处（设r A =3r C ，r B =2r C ），计算电场对＋q 的电场力FA ，FB 、FC 。

可以发现，同一试探电荷＋q 在电场中不同点受到的电场力大小、方向各不相同，且FC ＞FB ＞FA ，这能说明什么问题呢？
引导学生答出：同一电荷在电场中不同的位置，所受的电场力大小、方向各不相同。

表明电场中不同位置，强弱不同，方向不同。

继续引导：用怎样的量来表示电场中不同位置的电场强弱与方向呢？刚才，试探电荷q 在不同位置受力不同，那么是否可用电场力来表示电场的强弱呢？
生1：应该可以吧。

生2：不可以，对于电场中的同一位置，若放置一个电荷量较小的小电荷q ，其受力就
较小，如以此说明电场中该点较弱，那么若在该位置放置一个电荷量较大的小电荷q 1，其受
力就会较大，那是否又可以说电场中该点较强，若可以的话，岂不自相矛盾？
生3：……
（此问题，学生可能一下子无法回答，教师可引导，请学生先思考：若将电荷量为＋q 的试探电荷1放在C 处，所受到的电场力的大小为FC ，将电荷量为＋10q 的试探电荷2放在
A 处，所受到的电场力的大小为FA 1，那么还存在FC ＞FA 1吗？然
后再做回答。

）
继续引导：如图2，我们可以在同一位置A 引入不同电荷量
的试探电荷，受力又有何结果呢？大家来看对比，在距场源Q
为r 处，分别放入电荷量不同的试探电荷q 1、q 2、……，由库仑定律得F 1=21r kQq ①，F 2=22r kQq ②，……，F n =2r
kQq n ③，可见同一位置不同电荷量的试探电荷受到的力是不等的。

显然不能用试探电荷受的力来表示电场的强弱。

前面学生2讲得非常有道理。

那么你们再思考一下，我们该用怎样的量来表示电场的强弱？（目光询问学生）
师：是什么量使不同电荷量的试探电荷受到的力不等呢？
师生共同分析：显然，不是电场本身变化了，而是不影响电场的试探电荷的电荷量。

到底用什么办法来衡量电场强弱呢？
大家注意观察，①，②…③式中11q F =2
2q F =…=n n q F =2r kQ 图2
看看上式，我们可发现只要A 点位置不变，F 与q 的比值就不变．2/A kQ F q r = 若位置变了，那么F 与q 的比值变不变呢？
换到B 点，我们把试探电荷放入在B 点，看看：仍然有1
111
q F =1212q F =…=n n q F 11=21
r kQ ，12
/B kQ F q r =，位置变了，那么F 与q 的比值也变了，但还是只要B 点位置不变，F 与q 的比值就不变。

从上面分析看出：场源＋Q 固定，则由它产生的电场的空间分布也固定，对于场中某确定的点，试探电荷受到的电场力F 与试探电荷的电荷量q 的比值F/q 是一个不变的量，它仅与Q 、r 有关，与检验电荷无关。

现设q
F ＝E ；引入试探电荷q ′，则试探电荷q ′在该处所受到的电场力F ＝Eq ，E 大处，q ′所受电场力F ′也大；E 小处，q ′所受电场力F ′也小，这说明比值E 可以反映电场某点的强弱。

因此可以用这个比值反映电场的强弱，即电场的力的性质，物理学上把它称为电场强度，简称场强．
二、电场强度(E)：是一个描述电场强弱与方向的物理量。

（1）定义：电场中某点的电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值，叫做该点的电场强度，简称场强．用E 表示。

定义式（大小）：E=F/q （适用于所有电场）
师：物理学中常常用比值定义物理量，用来表示研究对象的
某种性质。

以往学习过的物质的ρ=m / v ；导体的电阻R=U/I ；速
度V=S / t 等物理量都是用比值法来的定义的，它们有共同的特点：
凡是用比值法定义的物理量与比值中的几个物理量无关，则该比值
就应是反映了物质的某种性质。

如场强E 则是反映了电场的力的性
质。

另外比值定义一个新的物理量的同时，也就确定了这个新物理
量与原有物理量之间的关系。

（2）电场强度是由电场本身决定的，它跟电场中是否有试探电
荷、试探电荷的电荷量以及试探电荷受到的电场力均无关。

它决定
于电场的源电荷及空间位置。

（3）单位：N/C ；其物理意义是电场中某点的电场强度数值
上等于单位电荷（1C ）在那里所受的电场力的大小．
提出问题：电场强度是矢量，怎样表示电场的方向呢？
（4）方向性：物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．
指出：负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反．
例1 如图所示，Q 为放在真空中的正点电荷，其电荷量为Q 。

求：（1）画出A 、B 两点的场强方向。

（2）算出A 、B 两点的场强大小。

（给出Q 、r ）
（请一名学生板演，其他学生自己做）
教师讲评并分析：
（1）场强的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。

（2）场强的大小只由场源电荷和场点到场源的距离来决定。

（3）离场源电荷越近的点场强越大，离场源电荷越远的点场强越小。

最后带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向．在此过程中注意引导学生总结公式E=F/q 和E=kQ/r 2的区别及联系．
三、（真空中）点电荷周围的电场
1、大小：E=kQ/r 2 （只适用于真空中点电荷的电场）
说明：公式E=kQ/r 2中的Q 是场源电荷的电量，r 是场中某点到场源电荷的距离．从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关．
2、方向：以Q 为中心做一球面。

当Q 是正电荷，E 的方向沿半径向外；当Q 是负电荷，E 的方向沿半径向内。

组织学生讨论与思考，由学生讨论后归纳：
（1）请比较公式E=q F 和 E=2r
kQ 中的q 与Q 分别表示什么意义？两个公式的适用条件有何不同？
（2）根据公式E=2
r kQ 可知，场点离场源电荷Q 越近，该场点处的场强越大，当r →0时，E →∞，显然这是不可能的，那么该如何理解这个问题？
师：在研究磁场时，根据放在磁体周围铁屑的分布，可以画出一条条曲线（磁感线）形象地描述磁场。

前面我们在研究电荷间的相互作用是通过什么发生的问题时通过与磁体间的相互作用是通过磁场发生的相类比，从而认识到电荷的周围存在由它自身产生的电场。

这个类比的成功足以鼓舞我们对电场的研究也可以用类似的方法。

四、电场线（法拉第首先引入）
1、在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致。

这样的曲线就叫做电场线。

同样做出规定：静电场中的电场线从正
电荷出发，终止于负电荷或无穷远；电场线
的疏密程度表示电场的强弱。

师：根据以上电场线的定义，请同学们讨论下面的问题（打出问题）：该如何建立点电荷的电场线？
师：请每一组奇数
排的同学往后转，与偶数排的同学组成一小组，展开讨论。

+Q A B C
2．电场线的建立
1）单个正、负点电荷的电场线
讨论过程中提醒：我们可以先从单个正点电荷开始研究。

（讨论几分钟后）师：好，回到刚才的问题上来（打下一张幻灯片）。

师：虚线上A、B、C的场强方向朝哪里的呢？（打出方向）
师：现在，我们要在这个电场中建立一条线——电场线，它能表达出A、B、C三点的场强情况。

那就要使它的切线方向与该点的场强方向一致，这样的线不就是虚线本身吗？（画出实线）
当然，为了表达切线的方向与场强方向一致，还要给它加上箭头，朝左还是朝右？对，朝右（打出箭头），这就是这个正点电荷的一条电场线了。

为了表示各处的场强情况，我们应该画出一系列这样的线条（依次打出另三条，同时打出另四条），即形成了点电荷的电场线。

果真如此吗？可以用实验来（稍停）——模拟。

（模拟后）师：正点电荷的电场线是这样的，那负点电荷的呢？（稍停后，打出负点电荷的电场线）
师问：为什么这里的箭头是朝里的呢？
生：可以在电场中引入一个正的试探电荷，其所受的电场力方向就向里，也就是电场强度的方向要向里，这样电场线的切线方向，在这里也就是电场线的方向就能表示出电场强度的方向了。

2）等量异、同种点电荷的电场线
师：从简单到复杂，等量异种点电荷的电场又怎么样呢？
师：请大家，看模拟实验。

（模拟实验后）：它是从正电荷出发终止于负点电荷。

刚才，单个正点电荷的电场线是从正电荷出发到无穷远，单个负点电荷是从无穷远到负电荷。

师：等量同种点电荷的电场线（打出来），果真如此吗？请看模拟。

的确如此。

师：这四种电场的电场线的分布图在课本第9页中都有了，希望同学们能把这几幅分布图都深深地烙在脑海里。

但是，不要忘记，这是平面图，然而，实际的情况是立体的，下面来看它们的三维情况（打出它们的立体动画）。

（在学生感叹之时）师：这就是对称之美，理性之美，物理之美。

在这种美之下，电场线存在什么样的特点呢？
3、电场线特点
（展开第二次的讨论）师：按刚才的做法，每一组的奇数排同学往后转，与后一排同学组成一个小组，展开讨论，归纳（用回顾磁感线来引导）。

生：电场线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致（板书）。

生：电场线的疏密表示了电场的弱强（板书）。

师：静电场中的电场线始于哪里，又到哪里去？
生：如果是单个正点电荷的电场，电场线要从正电荷出发，到无穷远；如果是单个负点电荷的电场，电场线则要从无穷远终止于负电荷。

师：对。

如果既有正点电荷，又有负点电荷的电场线？（稍停顿）
生：从正电荷终止于负电荷。