第1节 电荷库仑定律

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。

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（第1课时）
（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。

（三）小结
对本节内容做简要的小结
●巩固练习
1、关于元电荷的理解，下列说法正确的是（）
A．元电荷就是电子B．元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量
C．元电荷就是质子D．物体所带的电量只能是元电荷的整数倍
2、16 C电量等于________元电荷．
3、关于点电荷的说法，正确的是（）
A．只有体积很小的带电体才能看成点电荷B．体积很大的带电体一定不能看成点电荷
C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可看成点电荷D．一切带电体都可以看成点电荷
●作业
第2课时
教学过程：
（一）复习上课时相关知识
问：什么是元电荷？
答：电子所带的电荷量，用e 表示。

e =1.60×10－19C 。

强调是一个电荷量，不是一个电荷。

问：上一节学过起电的方式有哪些？
答：摩擦起电、感应起电和接触起电。

问：摩擦起电、感应起电和接触起电有没有违背电荷守恒定律？
答：没有。

问：通过初中的学习，我们知道：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。

这说明电荷之间存在作用力，那么电荷之间的作用力大小与什么因素有关，有什么样的规律？
生：……
师：我们这节课就来研究这个问题。

（二）新课教学
第2节、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：221r
q q k F = 2
1,r F Q F ∝∝
静电力常量k = 9.0×109N·m2/C2 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
【介绍】（1）关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作点电荷．严格地说点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的．这里可以引导学生回顾力学中的质点的概念．容易出现的错误是：只要体积小就能当点电荷，这一点在教学中应结合实例予以纠正．
（2）要强调说明课本中表述的库仑定律只适用于真空，也可近似地用于气体介质，对其它介质对电荷间库仑力的影响不便向学生多作解释，只能简单地指出：为了排除其他介质的影响，将实验和定律约束在真空的条件下．
静电力同样具有力的共性，遵循牛顿第三定律，遵循力的平行四边形定则．
可以看出，万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力．其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计．【小结】对本节内容做简要的小结
●巩固练习
1．真空中有两个相同的带电金属小球A和B，相距为r，带电量分别为q和2q，它们之间相互作用力的大小为F．有一个不带电的金属球C，大小跟A、B相同，当C跟A、B小球各接触一次后拿开，再将A、B间距离变为2r，那么A、B间的作用力的大小可为：[ ]
A．3F/64 B．0 C．3F/82 D．3F/16
2．如图14－1所示，A、B、C三点在一条直线上，各点都有一个点电荷，它
们所带电量相等．A、B两处为正电荷，C处为负电荷，且BC=2AB．那么A、B、C
三个点电荷所受库仑力的大小之比为________．
3．真空中有两个点电荷，分别带电q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它们相距15cm，现引入第三
个点电荷，它应带电量为________，放在________位置才能使三个点电荷都处于静止状态．4．把一电荷Q分为电量为q和(Q－q)的两部分，使它们相距一定距离，若想使它们有最大的斥力，则q和Q的关系是________．
●作业。