《库仑定律》实验教学设计

《库仑定律》实验教学设计
（一）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。

（二）学情分析：
两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、起电的知识，万有引力定律和卡文迪许扭秤实验这些内容学生都已学过，本节重点是做好定性实验，使学生清楚知道实验探究过程。

（三）教学目标：
1、知识与技能：
(1)了解定性实验探究与理论探究库伦定律建立的过程。

(2)库伦定律的内容及公式及适用条件，掌握库仑定律。

2、过程与方法
(1)通过定性实验,培养学生观察、总结的能力,了解库伦扭秤实验。

(2)通过点电荷模型的建立,感悟理想化模型的方法。

3、情感态度与价值观
(1)培养与他人交流合作的能力，提高理论与实践相结合的意识。

(2)了解人类对电荷间相互作用认识的历史过程,培养学生对科学
的好奇心,体验探索自然规律的艰辛和喜悦。

（四）教学重点、难点：
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
教学难点的突破措施：定性实验探究与定量实验视频及理论探究相结合。

（五）教学用具：
多媒体课件,毛皮，橡胶棒，气球，玻璃棒，丝绸，易拉罐，泡沫小球，铁架台。

（六）教学过程：
引入新课
演示实验：让橡胶棒、玻璃棒摩擦起电，靠近易拉罐，会发生什么现象？（易拉罐被橡胶棒、玻璃棒吸引滚动起来了。

）既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小与什么因素有关呢？
新课教学：
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
组织学生根据现有器材，设计出可能的实验方案。

(3) 你想选取哪些实验器材？
球形导体，两个自制的带细线泡沫小球，铁架台，橡胶棒，毛皮，气球。

(4)实验前先思考:可用什么方法改变带电体的电荷量?
(5) 实验探究步骤：
引导学生得出实验的具体步骤：
细线两个泡沫小球A、B，用摩擦起电的橡胶棒接触其中一个小球A，然后把A小球与B小球接触，细线偏离竖直方向一个角度θ。

①保持电量q一定，研究相互作用力F与距离r的关系。

将泡沫小球B逐渐远离A，观察偏角。

②保持距离r一定，研究相互作用力F与电荷量Q的关系。

再把橡胶棒与小球A接触，增加小球A电量，观察偏角；
（6）学生实验、观察记录并得出结论：
先画受力图，如果B对A的力是水平的，则F电=mgtanθ，如果θ越大，则F电越大，这样可以通过θ的变化来判断F电的变化。

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)
接下来引导学生观看库仑扭秤的实验视频与库仑当时的数据，总结规律。

（观看视频）。

库伦在艰苦的条件下，联想到万有引力定律和卡文地许扭称实验，利用巧妙的库伦扭秤装置和方法，发现了库伦规律。

通过刚才的展示过程让学生了解库仑探究的过程、思路、方法。

你能用自己的语言总结出规律吗？ 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。

介绍：库仑扭称实验只能定量测出同种电荷间相互作用力，库仑还利用电单摆实验定量测出异种电荷间作用力大小。

让学生体会库仑定律的完美。

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。

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 。

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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。

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
例题1已知氢核（质子）的质量m 2=1.67×10-27 kg ，电子的质量m 1=9.1×10-31kg ，电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C ，在氢原子内电子与质子间的最短距离为5.3×10-11m 。

试比较氢原子中氢核和电子之间的库伦力和万有引力。

(课件播放解题过程)
小结：
221r Q
Q k F
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.
讨论:比较库仑定律和万有引力定律（相似点与不同点）,你会有什么样的感想？如何认识自然规律的多样性与统一性?
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 ，求他们各自所受的库仑力。

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。

巩固练习：
两个相同的均匀带电小球，分别带Q 1=1 C ，Q 2=－2C ，在真空中相距r 且静止，相互作用的库伦力为F 。

（1）今将Q 1、Q 2、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）使两球接触后，如果库伦力的大小不变，应如何放置两球？ 课堂小结：
今天你学到了什么？让学生总结本节的内容。

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作业:课本练习2、3题.
（七） 板书设计：
第二节 库伦定律
1． 库仑定律 2． 公式
3． 适用条件：真空中点电荷之间的相互作用
（1）点电荷
（2）k 的物理意义
221r Q Q k F。