人教版(2019)高中物理必修第三册教案：第九章 第二节库仑定律

第九章静电场及其应用

库仑定律

教学设计

一、知识与技能

1. 了解探究实验中的控制变量以及探究库仑定律的建立过程；

2. 理解库仑定律内容以及适用条件，掌握库仑定律的计算方法。

二、过程与方法

1. 通过探究实验中的控制变量，培养学生观察、分析的能力，了解库伦扭秤实验；

2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法。

三、情感态度与价值观

1.通过探究实验，培养他们交流沟通的能力，提高理论与实践相结合的能力。

2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。

1、理解元电荷、点电荷与带电体的区别。（重点）

2、理解库仑定律内容以及适用条件。（重点）

3、对库仑定律的深入理解以及探究实验中的控制变量。（难点）

4、理解三个点电荷相互作用时的平衡与加速问题。（难点）

课件

一、导入新课：

带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？

在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？

二、讲授新课：

1、电荷之间的作用力

【教师引入课程】电荷之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，电荷之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？

【教师引导】事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，英国科学家卡文迪什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。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。

【实验演示】探究影响电荷间相互作用力的因素

悬挂的小球受重力、拉力和电荷间相互作用力，悬线与竖直方向的夹角为α，则电荷间作用力F＝mg tan α.偏角α越大，这表明电荷间作用力越大。

演示一：让带电物体A靠近悬挂在丝线上的带正电小球，观察在不同距离时小球的偏转角度。

演示二：使小球处于同一位置，增大或减少小球所带的电荷量，观察小球的偏角的变化关系。结论：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。

【教师补充】真空中两个静止的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。这个规律叫作库仑定律。电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。

【教师补充】库仑定律的适用条件：真空中静止的两个点电荷。

【教师提问】什么是点电荷？怎么理解点电荷？

【学生讨论】小组分析

【小结】当带电体之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作带电的点，叫作点电荷。

点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型。两个有一定形状的带电体之间的作用力，等于一个带电体的每个电荷元与另一个带电体的每一个电荷元的相互作用的矢量和。任意两个电荷元之间的静电力都遵守库仑定律。

2、库伦的实验

【教师引导】库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。如图A是带电小球，B是不带电的小球，B与A的重力平衡，另一带电小球C靠近A时，A与C的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度比较力的大小。

【教师补充】实验方法应用控制变量法、微量放大法；

通过实验发现力F 与距离r 的二次方成反比，即21F r ∝

；电荷之间的作用力与电荷量的乘积成正比，即12F q q ∝。 【教师总结】关系式为122=q q F k r

，式中的k 是比例系数，叫作静电力常量。当两个点电荷所带的电荷量为同种时，它们之间的作用力为斥力；反之，它们之间的作用力为引力。 3、静电力计算

【教师总结】1、在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略； 2、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点电荷的作用力的矢量和。

1、关于库仑定律，下列说法中正确的是( )

A ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体

B ．根据122

q q F k r =,当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C ．若点电荷1q 的电荷量大于2q 的电荷量，则1q 对2q 的静电力大于2q 对1q 的静电力 D ．库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律

答案：D

2、真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A 和B(可视为点电荷），分别固定在

两处，它们之间的静电力为F 。 用一个不带电的同样金属球C 先后与A 、B 球接触，然后移开球C ，此 时A 、B 球间的静电力为( ) A.8F B.4F C.38F D.2

F 答案：C

3、在真空中有甲、乙两个点电荷，其相互作用力为F ．要使它们之间的相互作用力为2F ，下列方法可行的是( )

A ．使甲、乙电荷量都变为原来的22

倍 B ．使甲、乙电荷量都变为原来的2倍

C ．使甲、乙之间距离变为原来的2倍

D ．使甲、乙之间距离变为原来的2倍

答案：B

4、如图所示,直径为L 的光滑绝缘半圆环固定在竖直面内,电荷量为12q q 、的两个正点电荷分别置于半圆环的两个端点A B 、处,半圆环上穿着一带正电的小球(可视为点电荷),小球静止时位于P 点, PA 与AB 间的夹角为α。若不计小球的重力,下列关系式中正确的是( )

A. 321

tan q q α= B. 221tan q q α= C. 312tan q q α= D. 212tan q q α=

答案：A

5、如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P 和Q 用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则（ ）

A ．P 和Q 都带正电荷

B ．P 和Q 都带负电荷