高中物理 电荷 库仑定律电场 电场强度教案1文档格式.docx
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结果:
两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷.
●进行新课:
用静电感应的方法也可以使物体带电.
【演示】:
把带正电荷的球C移近彼此接触的异体A,B(参见课本图14-1).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.如果先把C移走,A和B上的金属箔就会闭合.如果先把A和B分开,然后移开C,可以看到A和B仍带有电荷;
如果再让A和B接触,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.
【板书】二、静电感应:
把电荷移近不带电的异体,可以使导体带电的现象,利用静电感应使物体带电,叫做感应起电.
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,使导体上的自由电子被吸引过来,因此导体A和B带上了等量的异种电荷.感应起电也不是创造了电荷,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.
得出电荷守恒定律.
【板书】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.
电荷之间的相互作用力跟什么有关?
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.使同学通过观察分析出结论(参见课本图14-2).
【板书】:
四、影响两电荷之间相互作用力的因素:
1.距离.2.电量.
库仑扭秤(模型或挂图)介绍:
物理简史及库仑的实验技巧.
五、1785年,法国物理学家.库仑,库仑扭秤实验
实验技巧:
1.小量放大.2.电量的确定.
库仑定律:
力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比.
力的方向:
两个点电荷的连线上
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
【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.
扩展:
任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的.任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律.用矢量求和法求合力.
利用微积分计算得:
带电小球可等效看成电量都集中在球心上的点电荷.
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.
【例题】:
试比较电子和质子间的静电引力和万有引力.已知电子的质量m1=9.10×
10-31kg,质子的质量m2=1.67×
10-27kg.电子和质子的电荷量都是1.60×
10-19C.
分析:
这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力,而是列公式,化简之后,再求解.
解:
电子和质子间的静电引力和万有引力分别是<
/PGN0074B.TXT/PGN>
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.
●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
2.5个元电荷的电量是________,16C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
1.复习本节课文.
2.思考课本练习一第
(1)题.
3.将练习一第
(2)、(3)、(4)、(5)题做在作业本上.
参考题
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________.
说明
1.两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识,这些在初中都已经讲过,本节重点是讲述静电感应现象.要做好演示实验,使学生清楚地知道什么是静电感应现象.在此基础上,使学生知道,感应起电也不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开,使电荷从物体的一部分转移到另一部分.本节只说明静电感应现象,它的原理将在第五节讲述.
2.在复习摩擦起电现象和讲述静电感应现象的基础上,说明起电的过程是使物体中正负电荷分开的过程,进而说明电荷守恒定律.
3.要求学生知道元电荷的概念,而密立根实验作为专题,有条件的学校可以组织学生选学.
4.点电荷是一种理想化的物理模型,这一点应该使学生有明确的认识.
5.通过本书的例题,应该使学生明确地知道,在研究微观带电粒子的相互作用时为什么可以忽略万有引力不计.
6.在用库仑定律进行计算时,要用电荷量的绝对值代入公式进行计算,然后根据是同种电荷,还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是斥力.
7.库仑扭秤的实验原理是选学内容,但考虑到库仑定律是基本物理定律,库仑扭秤的实验对检验库仑定律具有重要意义,所以希望教师介绍给学生,可利用模型或挂图来介绍.
二、电场电场强度·
教案示例
1.知道电荷间的相互作用是通过电场发生的,知道电场是客观存在的一种特殊物质形态.
2.理解电场强度的概念及其定义式,会根据电场强度的定义式进行有关的计算,知道电场强度是矢量,知道电场强度的方向是怎样规定的.
3.能根据库仑定律和电场强度的定义式推导点电荷场强的计算式,并能用此公式进行有关的计算.
4.知道电场的叠加原理,并应用这个原理进行简单的计算.
直尺(作图用)
●引入新课
问题引入:
电荷间的相互作用力是怎样产生的?
【板书】第二节电场电场强度
●进行新课
【板书】一、电场:
电荷周围存在着一种叫电场的物质.
启发学生从哲学角度认识电场,理解电场的客观存在性,不以人的意识为转移,但能为人的意识所认识的物质属性.利用课本图14-5说明:
电荷A和B是怎样通过电场与其他电荷发生作用.电荷A对电荷B的作用,实际上是电荷A的电场对电荷B的作用;
电荷B对电荷A的作用,实际上是电荷B的电场对电荷A的作用.
【板书】1.电场的一个重要性质:
电场对放入其中的电荷有力的作用,这种力叫做电场力.
同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同,这是什么因素造成的?
引出电场强度的概念:
因为电场具有方向性以及各点强弱不同,所以靠成同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同,我们用电场强度来表示电场的强弱和方向.
【板书】二、电场强度(E):
指出:
虽然可用同一电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱,但是电场力F的大小还和电荷q的电量有关,所以不能直接用电场力的大小表示电场的强弱.实验表明:
在电场中的同一点,电场力F与电荷电量q成正比,比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定,跟电荷电量无关,是反映电场性质的物理量,所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱.
【板书】1.大小:
电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强.公式:
E=F/q单位:
N/C
电场强度是矢量,怎样表示电场的方向呢?
【板书】2.方向:
物理学中规定,电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同.
负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反.
带领学生讨论真空中点电荷周围的电场,说明研究方法:
将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点,判断其所受的电场力的大小和方向,从而得出该点场强.分绍检验电荷是一种理想化模型,它是电量很小的点电荷,将其放入电场后对原电场强度无影响.
带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向.在此过程中注意引导学生总结公式E=F/q和E=kQ/r2的区别及联系.
【板书】三、真空中点电荷周围的电场
1.大小:
E=kQ/r2
2.方向:
如果是正电荷,E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q;
如果是负电荷:
E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q.(参见课本图14-7)
说明:
公式E=kQ/r2中的Q是场源电荷的电量,r是场中某点到场源电荷的距离.从而使学生理解:
空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的,与检验电荷无关.
如果空间中有几个点电荷同时存在,此时各点的场强是怎样的呢?
带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性,分析出电场的叠加原理.
【板书】四、电场的叠加原理:
某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和.
例如:
课本图14-8中P点的场强,等于+Q1在该点产生的场强E1和Q2在该点产生的场强E2的矢量和.从而使学生进一步理解到,任何带电体都可以看做是有许多点电荷组成的.利用点电荷场强的计算公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强.
【例题】课本图14-9所示,在真空中有两个点电荷Q1=+3.0×
10-8C和Q2=-3.0×
10-8C,它们相距0.1m,求电场中A点的场强.A点与两个点电荷的距离相等,r=0.1m
点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2,它们大小相等,方向如图所示,合场强E在E1和E2的夹角的平分线上,此平分线跟Q1和Q2的连线平行.
E=E1cos60°
+E2cos60°
=2E1cos60°
=2kQ1cos60°
/r2
代入数值得E=2.7×
104N/C
1.下列说法中正确的是:
A.只要有电荷存在,电荷周围就一定存在着电场
B.电场是一种物质,它与其他物质一样,是不依赖我们的感觉而客观存在的东西
C.电荷间的相互作用是通过电场而产生的,电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用
2.下列说法中正确的是:
A.电场强度反映了电场的力的性质,因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比
B.场中某点的场强等于F/q,但与检验电荷的受力大小及带电量无关
C.场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向
D.公式E=F/q和E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的
3.下列说法中正确的是:
A.场强的定义式E=F/q中,F是放入电场中的电荷所受的力,q是放入电场中的电荷的电量
B.场强的定义式E=F/q中,F是放入电场中的电荷所受的力,q是产生电场的电荷的电量
C.在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中kq2/r2是电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小,此场对q1作用的电场力F=q1×
kq2/r2,同样kq1/r2是电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强的大小,此场对q2作用的电场力F=q2×
kq1/r2
D.无论定义式E=F/q中的q值(不为零)如何变化,在电场中的同一点,F与q的比值始终不变
4.讨论电场力与电场强度的区别于联系
2.思考课本练习二第
(1)、
(2)题.
3.将练习二第(3)、(4)、(5)、(6)、(7)题做在作业本上.
1.在电场中某一点,当放入正电荷时受到的电场力向右,当放入负电荷时受到的电场力向左,下列说法正确的是:
A.当放入正电荷时,该点的场强向右,当放入负电荷时,该点的场强向左
B.只有在该点放入电荷时,该点才有场强
C.该点的场强方向一定向右
D.以上说法均不正确
2.真空中,两个等量异种点电荷电量数值均为q,相距r.两点电荷连线中点处的电场强度的大小为:
A.0 B.2kq/r2
C.4k/r2 D.8kq/r2
3.真空中,A,B两点上分别设置异种点电荷Q1、Q2,已知两点电荷间引力为10N,Q1=1.0×
10-2C,Q2=2.0×
10-2C.则Q2在A处产生的场强大小是________N/C,方向是________;
若移开Q2,则Q1在B处产生的场强的大小是________N/C,方向是________.
1.电场强度是表示电场强弱的物理量,因而在引入电场强度的概念时,应该使学生了解什么是电场的强弱,同一个电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小是不同的,所受电场力大的点,电场强.
2.应当使学生理解为什么可以用比值F/q来表示电场强度,知道这个比值与电荷q无关,是反映电场性质的物理量.
用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法,应结合学生前面学过的类似的定义方法,让学生领会电场强度的定义.
3.应当要求学生确切地理解E=F/q和E=kQ/r2这两个公式的含义,以及它们的区别和联系.
4.应用电场的叠加原理进行计算时不应过于复杂,一般只限于两个电场叠加的情形.通过这种计算,使学生理解场强的矢量性
2019-2020年高中物理电荷库仑定律教案人教版第二册
一、教学目标
1.掌握两种电荷;
理解电荷守恒;
知道元电荷;
2.定性了解两种电荷间的作用规律;
3.掌握库仑定律的内容及其应用。
二、教学重点、难点
1.重点是使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。
2.库仑定律的实际应用,是难点。
三、教学方法:
实验演示,讲练结合,课件演示
四、教具:
1.演示两种电荷间相互作用:
有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒(2支)
2.定性演示相关物理量间的关系:
铝箔包好的草球、表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。
3.计算机、投影仪、大屏幕、自制CAI课件
五、教学过程:
(一)引入新课
人类从很早就认识了磁现象和电现象,例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。
在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载,但是人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后才逐渐开展起来的,到十九世纪才建立了完整的电磁理论。
电磁学及其应用对人类的影响十分巨大,在电磁学研究基础上发展起来的电能生产和利用,是历史上的一次技术革命,是人类改造世界能力的飞跃,打开了电气化时代的大门。
工农业生产、交通、通讯、国防、科学研究和日常生活都离不开电。
在当前出现的新技术中,起带头作用的是在电磁学研究基础上发展起来的微电子技术和电子计算机。
它们被广泛应用于各种新技术领域,给人们的生产和生活带来了深刻的变化。
为了正确地利用电,就必须懂得电的知识。
在初中我们学过一些电的知识,现在再进一步较深入地学习。
(二)进行新课
教学过程设计
(1)研究两种电荷及电荷间的相互作用
实验一:
用橡胶棒与毛皮摩擦后,放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。
提问一:
为什么橡胶棒会吸引碎纸片?
答:
橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了,带电物体会吸引轻小物体。
提问二:
注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况,会发现被橡胶棒吸起的纸片中,较大的纸片先落下来,这是为什么?
带电体在空气中不断放电,使它带电量不断减少,因而吸引轻小物体的力也相应减小,所以较大纸片先落下来。
教师总结:
在初中的学习中,我们已经知道,自然界存在两种电荷,叫做正电荷与负电荷。
用毛皮摩擦橡胶棒,用丝绸摩擦有机玻璃棒后,橡胶棒带负电,毛皮带正电,有机玻璃棒带正电,丝绸带负电。
物体带电后,能吸引轻小物体,而且带电越多,吸引力就越大,电荷的多少叫电量,电量的单位是库仑。
电子带有最小的负电荷,质子带有最小的正电荷,它们电量的绝对值相等,一个电子电量e=1.6×
10-19C。
任何带电物体所带电量要么等于电子(或质子)电量,要么是它们的整数倍,因此,把1.6×
10-19C称为基元电荷。
提问三:
若将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片,会出现什么现象?
毛皮带上正电,也会吸引轻小物体。
教师用实验验证学生的判断。
实验二:
用云台支起一根橡胶棒,如图1所示,再将它与另一根橡胶棒并在一起,用毛皮摩擦它们的一端,使之带上同种电荷,再观察两端相互作用的情况,发现它们相斥,而且它们的距离越小斥力越大,过一会儿,它们间的作用力会明显减弱。
提问四:
被毛皮摩擦过的橡胶棒的两端为什么会相斥?
斥力的大小与什么因素有关?
因为它们带上了同种电荷,而电荷间作用的规律是同种电荷相斥,异种电荷相吸,斥力的大小与电荷间的距离有关,距离越小,斥力越大,反之,距离越大,斥力越小;
斥力的大小还与电量有关,电量越大,斥力越大。
由于放电的原因,棒上的电量不断减小,而斥力也随时间的增大而明显减小。
提问五:
若将与橡胶棒摩擦过的毛皮与支起的橡胶棒带电的一端靠近,或用丝绸摩擦过的有机玻璃棒与支起的橡胶棒带电的一端靠近,会出现什么现象?
会吸引,异种电荷相吸。
提问六:
若将与有机玻璃棒摩擦过的丝绸与支起的橡胶棒带电的一端靠近,会出现什么现象?
会相斥,同种电荷相斥。
实验三:
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P1、P2、P3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P1、P2、P3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。
提问七:
电荷间作用力大小跟什么有关?
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。
电荷之间存在着相互作用力,力的大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关,电量越大,距离越近,作用力就越大;
反之电量越小,距离越远,作用力就越小。
作用力的方向,可用同种电荷相斥,异种电荷相吸的规律确定。
(2)库仑定律
我国东汉时期就发现了电荷,并已定性掌握了电荷间的相互作用的规律。
而进一步将电荷间作用的规律具体化、数量化的工作,则是两千年之后的法国物理学家库仑,他用精确实验研究了静止的点电荷间的相互作用力,于1785年发现了后来用他的名字命名的库仑定律。
正像牛顿在研究物体运动时引入质点一样,库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷,无疑这是人类思维方法的一大进步。
什么是点电荷?
简而言之,带电的质点就是点电荷。
点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。
正像质点是理想的模型一样,点电荷也是理想化模型。
真正的点电荷是不存在的,但是,如果带电体间的距离比它们的大小大得多,以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体就可以看成点电荷。
均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心,带电量与该球相同的点电荷。
库仑实验的结果是:
在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,这就是库仑定律。
若两个点电荷q1,q2静止于真空中,距离为r,如图3所示,则q1受到q2的作用力F12为
式中F12、q1、q2、r诸量单位都已确定,分别为牛(N)、库(C)、
q2受到q1的作用力F21与F12互为作用力与反作用力,它们大小相等,方向相反,统称静电力,又叫库仑力。
若点电荷不是静止的,而是存在相对运动,那么它们之间的作用力除了仍存在静电力之外,还存在相互作用的磁场力。
关于磁场力的知识,今后将会学到。
(3)库仑定律的应用
【例1
】两个点电荷q1=1C、q2=1C相距r=1m,且静止于真空中,求它们间的相互作用力。
F===9×
109N
这时F在数值上与k相等,这就是k的物理意义:
k在数值上等于两个1C的点电荷在真空中相距1m时的相互作用力。
【例2
】真空中有A、B两个点电荷,相距10厘米,B的带电量是A的5倍。
如果A电荷受到的静电力是10-4N,那么B电荷受到的静电力应是下列答案中的哪一个?
[
]
A.5×
10-4N
B.0.2×
10-4N C.10-4N
D.0.1×
10-4N
【例3
】两个完全相同的均匀带电小球,分别带电量q1=2C正电荷,q2=4C负电荷,在真空中相距为r且静止,相互作用的静电力为F。
(1)今将q1、q2、r都加倍,相互作用力如何变?
(2)只改变两电荷电性,相互作用力如何变?
(3)只将r增大4倍,相互作用力如何变?
(4)将两个小球接触一下后,仍放回原处,相互作用力如何变?
(5
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