库仑定律教案(教师版)

《库仑定律》教学设计

【教材分析】

库仑定律既是电荷间相互作用的基本规律，又是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，不仅要求学生定性知道，而且还要求定量了解和应用。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。展示库仑定律的内容和库仑发现这一定律的过程，并强调该定律的条件和意义。

教学重点：库仑定律及其理解与应用

教学难点：库仑定律的实验探究

【教学过程】

引入新课——引入实验——库伦实验——库伦定律——对定律的解释——比较库伦定律与万有引力的区别——拓展库仑力作用下力学问题的求解方法

一、通过实验探究电荷间作用力的决定因素

（一）定性实验探究：

探究一：影响电荷间相互作用力的因素

猜想：电荷间相互作用力可能与距离、电荷量、带电体的形状等。

如何做实验定性探究？

(1) 你认为实验应采取什么方法来研究电荷间相互作用力与可能因素的关系？

学生：控制变量法。

(2) 请阅读教材，如果要比较这种作用力的大小可以通过什么方法直观的显示出来？

学生：比较悬线偏角的大小

(3)实验前先思考:可用什么方法改变带电体的电荷量?

定性实验结论：

电量q一定，距离r越小，偏角越大，作用力F越大。

距离r一定，电量q增加，偏角变大，作用力F越大；

实验条件：保持实验环境的干燥和无流动的空气

（二）定量实验探究，结合物理学史，得出库仑定律：

提出问题：带电体间的作用力与距离及电荷量有怎样的定量关系呢?

根据我们的定性实验，电荷之间的作用力随着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，电荷之间的作用力是否与万有引力具有相似的形式呢？事实上，在很早以前，一些学者也是这样猜想的，卡文迪许和普利斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的作用力。但是仅靠一些定性的实验，不能证明这样的结论。

而这一猜想被库伦所证实，库仑在探究三者之间的定量关系时，定量实验在当时遇到的三大困难：

① 带电体间作用力小，没有足够精密的测量仪器；怎样确定带电体间的作用力的数量关系？ ② 没有电量的单位，无法比较电荷的多少；怎样确定电荷量的数量关系？

③ 带电体上电荷分布不清楚，难测电荷间距离。怎样测定电荷间的距离？

同学们，如果是你，你能想到怎样的方法来解决这些困难？

引导学生用类比的方法得出三大困难的对策：

卡文迪许扭称实验——库仑扭称实验，

对称性——等分电荷法，

质点——点电荷

①、放大思想：力很小，但力的作用效果（使悬丝扭转）可以比较明显。

②、转化思想：力的大小正比于悬丝扭转角，通过测定悬丝扭转角度倍数关系即可得到力的倍

数关系

③、均分思想：带电为Q 的金属小球与完全相同的不带电金属小球相碰分开，每小球带电Q /2，同理可得Q /4、Q /8、Q /16等等电量的倍数关系（电荷在两个相同金属球之间等量分配）。课件演示电荷在相同的两个金属球间的等量分配。

④理想化模型思想：把带电金属小球看作点电荷（理想化模型）利用刻度尺间接测量距离。 点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看做带电的点，叫点电荷。它是一个理想化模型，实际上点电荷不存在。 (与“质点”进行比较)（例题1）

电荷间相互作用力与电荷间距离成平方反比关系，与电荷电量乘积成正比。

二、 库仑定律：

内容：真空中两个点电荷间的作用力大小与两电荷量的乘积成正比，与电荷间的距离平方成反比；方向在它们的连线上。这个规律叫做库仑定律。

电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力。（例题2）

公式:

说明: ①k 为静电力常量, k =9.0×109N.m 2/C 2,其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F 、Q 、r 的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F ：N ，Q ：C ，r ：m 。.

② 库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。

让学生回答实际带电体可以看成点电荷的条件。

思考：当r 趋向于0时，F 趋向于无穷大吗？

③关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向。

④F 是Q 1与Q 2之间的相互作用力，是Q 1对Q 2的作用力，也是Q 2对Q 1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。

⑤库仑力(静电力)是与重力，弹力，摩擦力并列的。

2

21r Q Q k F

任意带电体可以看成是由许多点电荷组成的，所以，知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向。

三、库仑定律与万有引力定律的比较

课本例题1小结：

①库仑定律在应用时，可以不代入电性符号，直接代入绝对值，最后判定方向；

②计算说明万有引力远远小于库仑力，以后在研究微观带电粒子的相互作用力时,通常可以忽

略万有引力.

四、库仑力作用下的力学问题求解

两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。（例题3）

课本例题2 小结：选择研究对象，画出受力图，由库伦定律和平行四边形定则求解。（例题4）

三个自由电荷的平衡问题：三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大

【考点】①点电荷的理解

例题1．下列关于点电荷的说法中，正确的是()

A．体积大的带电体一定不是点电荷

B．当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷C．点电荷就是体积足够小的电荷

D．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体

答案．B

解析带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论，故A、C、D错．一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷．故B正确．

②库伦定律的理解

例题2 ．关于库仑定律，以下说法中正确的是()

A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的带电体

B．库仑定律是实验定律

C．库仑定律仅适用于静止电荷间的相互作用

D．根据库仑定律，当两个点电荷间的距离趋近于零时，则库仑力趋近于无穷大