探究电荷间相互作用的规律,静电与生活

微格教学教案

物理与信息技术系

2008级物理学1班

符立

200891014027

探究电荷相互作用规律，静电与生活

学习目标

知识与技能：

1.知道点电荷模型；

2.正确理解库仑定律的内容及适用范围，并能运用

库仑定律进行相关计算；3.知道库仑力（静电力）和静电力常量；4.

了解静电的危害及控制方法。

过程与方法：

1.掌握用实验探究电荷相互作用的规律。

情感态度与价值观：

学习科学家刻苦钻研的精神；感受运用静电知识造福人类的重要意义。教学重点

1.对库仑定律的理解与应用；

2.静电的应用；

教学难点

1.对库仑定律的理解与应用；

2.对静电力常量的理解；

教学过程

导入：

我们高一就学过万有引力定律，它指宇宙天体中两天体的相互吸引作用。那么，上节课我们所学的电荷之间的作用力有什么规律呢？上节课我们只是强调了同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。我们这节课就来探究一下电荷之间作用的规律。

在学习电荷之间的力的作用之前，先来介绍一个简单的模型，即，点电荷。

一、点电荷

当两个带电体间的距离比它们本身的尺寸大得多时，带电体可看作一个点，即点电荷。对比指点模型，点电荷只是多了带有电量的特点。

点电荷的特点：没有大小；没有形状；带有电荷；

点电荷的本质：一种理想的模型。

注意：一个带电体能否看作点电荷，要看具体问题而定，并不能认为体积小的带电导体就是点电荷。

二、电荷之间的作用规律

1.探究影响电荷间作用力的因

素

看课本上p11实验如图（1）所

示。

实验步骤：

1）用摩擦起点的方式分别让球形

导体A、B带上同种电荷，并使它们

处于同一水平面。

2）先增加变导体B的电量，观察A球悬线的偏角变化。

3）保持A、B电量不变增大它们之间的距离，观察A球悬线的偏角变化。

实验现象：当两球间距不变增大电荷量时，偏角增大；当两球电量不变增大两球间距时，偏角减小。

实验说明：当两球间距不变增大电荷量时，两球相互的排斥力增大；当两球电量不变增大两球间距时，两球相互排斥力减小。

结论：影响电荷相互作用的因素是电荷所带的电荷量与电荷之间的距离。 2.库仑定律（电学的第一个定律）

1）内容：真空中两静止的点电荷之间相互作用力的大小，跟它们的电荷量q1与q2的乘积成正比，跟它们的距离r 的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。

（1785年由法国物理学家库伦总结的，因此叫库伦定律。） 2）数学表达式：22

1r

q q k

F = F 为电荷之间相互作用的力，叫做库仑力或静电力。229/100.9C m N k ⋅⨯=是

静电力常量，k 的物理意义是：在真空中两个电荷量都为1C 的点电荷相距1m 时，它们的库仑力大小为N 9100.9⨯。 3.库仑定律的适用范围 1）真空之中。

2）当电荷间距r →0时，数学：分母为0分数无意义；物理：q 1与q 2不能被看作点电荷，因此不适用。

例1：比较氢原子内电子和质子之间的万有引力和库仑力。已知，质子质量m 1=1.7×10-27kg 电子的质量m 2=9.1×10-31kg 。

解：设质子和电子间的库仑力和万有引力分别为F 1和F 2 则有2211r q q k

F = ， 2

2

12

r m m G F = 则比较F 1和F 2有：

2

12

121m Gm q kq F F =

代入数据其中：k=9.0×109N ·m 2/C 2 G=6.67×10-11N ·m 2/kg 2 q 1=q 2=1.6

×10-19C 得到：

392

1

103.2⨯=F F 可以看出，氢原子内质子与电子间的库仑力远大于万有引力。因此，在研究微观带电粒子之间的相互作用时常常忽略万有引力。

如果单个电荷同时受到多个电荷同时作用，它所受的库仑力的情况则是多个电

荷同时作用同一电荷库仑力之和。

例2：a,b 两带正电电荷，相距0.4m ，电量分别为q1,q2且q1=9q2.先引入点电荷C.这是a,b,c 三点电荷恰好处于平衡状态，问点电荷c 的性质，电量大小，位置？

解：分析点电荷c 应为负电荷，否则三个点电荷都为正电荷相互排斥不能平衡。 有个点电荷受另外两电荷的作用，三个点电荷只有在同一直线上才可能平衡。 设c 与a 相距为x ，则与b 相距为0.4-x ，若c 的电荷为q 3 则：

对a ：

2

3122

14.0x

q q k q q k

= 对b ：

2

3222

1)4.0(4.0x q q k q q k

-= 对c ：

2

3

2231)4.0(x q q k

x q q k

-= 解得：x=0.3m （c 在a ，b 连线上与a 相距0.3m 与b 相距0.1m ） 电荷q 1:q 2:q 3=144:16:19 q 1和q 2同为正电荷，q 3为负电荷。

说明：当一个电荷同时受到多个电荷作用时，它所受的库仑力为分别受到多个电荷作用的库仑力的矢量和。

三、 静电与生活

1.静电对生产和生活中的积极影响 1）雷电与避雷 2）静电净化空气

再如：静电复印，静电植绒，静电提高农药效率等等。 2.静电的危害及控制 1）危害

静电力：如混绒衣服容易脏，干燥环境头发趋向梳子等 放电火花：如瓦斯遇到放电火花爆炸，油罐自燃车发生爆炸等 2）静电的控制

装接地装置，用到先将电荷导入大地