电荷库仑定律

课题：《电荷库仑定律》教学目标：

1、知道接触起电、摩擦起电和感应起电三种起电方式。理解电荷守恒定律。了解元电荷和比荷的概念。2、理解库仑定律的含义与应用条件，知道静电力常量。会用库仑定律进行简单的计算。3、了解研究电荷作用力的实验方法，领会库仑扭秤的设计思想。4、在电荷守恒定律和库仑定律的教学过程中，对学生渗透守恒思想和世界多样统一的世界观教育。教学重点：

电荷守恒定律和库仑定律教学难点：

库仑扭秤的设计思路与库仑定律的应用条件教学方法与教学手段：教师讲授点拨，引导学生探究交流，并运用实验演示、多媒体辅助等教学手段。教学器材：

电线套管、海绵、起电机、魔球玩具、电笔、日光灯管、验电器三个（带两个铁罐）、带电球两个、金属箔包的泡沫球、铁架台、烘照灯、库仑扭秤模型板书设计：

两种电荷：正电荷

负电荷起电方式：接触起电摩擦起电感应起电电荷

电荷守恒定律：电荷转移总量不变条件：真空点电荷作用规律：库仑定律公式：F静=KQ1Q2/r2静电力常量K=9.0×109Nm2/C2教学流程：一、课题引入1、今天这堂课，我们要揭开高中物理一个新的篇章——电学。大家都知道，“电”在我们生活中应用相当广泛，自然界中也存在着许多“电”的现象，譬如说闪电。教室里，能不能也来它一个人工闪电啊？有办法，这是一个起电机，我把它转起来，大家看到电闪现象。演示实验：起电机起电产生高压放电现象。这个时候，两球之间的电压已经高达一万伏以上了，高压放电。这个现象与自然界中的闪电现象，是类似的。2、我这里还有一个叫“魔球”的摆设品。你看，通电之后，魔球内发出了美丽的辉光。演示实验：手掌接触魔球，电笔接近魔球，日光灯管靠近魔球。我用手一接触，辉光的分布就有了明显的改变。电笔接近后，会亮。日光灯管靠近它，居然发光了。类似奇妙的电现象是很多的，为了更好的研究这些现象，当然也为了更好的利用电，我们有必要深入地学习一些电学的知识，那么今天我们就从最基本的电荷开始讲起。二、起电方式1、初中我们学过，自然界中存在两种电荷，正电荷与负电荷。教师：（举电线套管）我这里有一根塑料管，不带电，我们可以用什么办法，让它带电呢？学生：摩擦。教师：我们让塑料管与海绵摩擦，怎么检验是否带电？学生：吸引轻小物体演示：用塑料管吸引小泡沫球。教师：看来确实带电了。其实实验室一种仪器叫验电器，也可以用来检验物体是否带电。演示：摩擦后的电线套管接触验电器，指针张开。指针张开了，说明塑料管带电了。教师：验电器没有摩擦又怎么会带上电呢？因为它与带电的物体接触了。（手举塑料管）。通过刚才的演示，让我们了解了两种起电方式。摩擦起电和接触起电。2、大家想一想，有没有可能不接触，就能让物体带上电呢？学生：……教师：大家看一个实验现象，我这里有两个“娃哈哈”，下面分别连上两个验电器。演示：塑料管与海绵或者塑料布摩擦，靠近验电器，两个验电器指针都张开。带电的塑料管靠近验电器时，发现两个验电器指针都张开，说明金属罐两端都带电了，这是什么原因呢？（展示课件）金属罐内原本电荷分布是正负等量均匀分布的，所以对外并不显示出电性。如果将带负电的塑料管靠近它，对它原来的电荷分布会产生影响吗？学生：会。教师：产生怎样的影响呢？学生：同性相斥，负电子远离。教师：对！由于同种电荷相互排斥，电子发生转移，金属罐两端分别出现正负电荷。可以预计，当带电塑料管一离开，电荷分布将恢复原来的情况。演示：塑料管与海绵或者塑料布摩擦，靠近验电器，两个验电器指针都张开教师：那大家想想，如果想要带电塑料管离开时，验电器指针仍然张开，应该怎么办？学生：拉开。教师：很聪明！我们可以及时切断电子的退路。演示：同时拉离两个验电器，再离开带电棒，箔片仍然张开。教师：我们就把这一种带电物体靠近导体，使导体两端出现异种电荷的现象，称为静电感应现象，利用静电感应使物体带上电的方式，叫感应起电。三、电荷守恒定律教师：大家再想一想，刚才感应起电过程中，物体所带电荷的总量有没有变化？学生：没有。可以肯定，刚才这两个带电的验电器肯定带上的是等量异种电荷，如果让它们并拢接触，指针将闭合。演示：两验电器靠近接触，验电器箔片闭合。教师：看来带电的实质仅仅是电荷发生了转移。其实接触起电和摩擦起电的实质也是如此。人们通过大量的事实，了解到，其实自然界中，电荷既不能被创造，也不能消失，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，在转移的过程中，电荷的总量不变。这个规律我们称之为电荷守恒定律。回顾一下，过去我们学到过哪些守恒定律？学生：质量、能量。教师：我们今后还会学到的其它物理量守恒，守恒思想可是一种我们认识世界的重要思想方法。四、库仑定律1、猜想。教师：通过上面的分析我们了解到，电荷转移是由于电荷之间的相互作用引起的，那么两个电荷之间的相互作用力又将遵循怎样的规律呢？这可是我们这堂课的重点问题。科学家在研究一个新的课题时，往往先根据已有的知识和经验，进行猜想与假设，然后再进行验证。那么，同学们不妨也根据我们已有的知识和经验，进行联想和类比，猜想一下，两个电荷之间的相互作用力，可能会同哪些主要的因素有关？同学们相互讨论一下，把你们认为可能相关的主要因素写在草稿纸上，等一下我请同学来回答，要求能说明一下猜想的理由。学生：电荷量、距离、质量、形状、介质、温度……（中间追问回答距离与电量的同学，猜想的理由是什么。可以提示或引导学生与万有引力及磁力进行类比。）教师：其实这些因素中，有些是可以根据已有的知识将它排除的，譬如质量，它是影响万有引力的因素，与电荷之间的相互作用力应该无关。另外，我们研究一个新的问题，你认为应该先从复杂的情况开始研究，还是先从简单的情况开始啊？学生：简单的情况着手。教师：譬如形状大小，我们可以先研究规则的球，最好是小球，甚至小到可以看成一个点，忽略形状大小的带电的点，我们称之为点电荷。又譬如温度湿度，涉及介质或者环境的因素，我们也可以从最简单的入手，什么介质最简单啊？真空。这样，我们的猜想就可以归纳为，电荷间的作用力可能与距离和电量有关。2、教师：下面，我们通过定性的实验来验证这一猜想是否正确。介绍并演示：用绝缘丝线悬挂的小球，利用起电机给这个金属球带上电。发现小球摆开一定的角度。（课件展示铝箔小物体的受力分析图）受力分析得到小球受到三个力的作用，根据受力平衡的知识，我们知道，摆角越大反映它们之间的相互作用力就越大。但是，我们面对的是F、R、Q三个变量，同时进行研究吗？学生：控制变量法。演示：控制电量不变，缩小距离，摆角变大，增大距离，摆角变小。教师：接下来，我们再控制距离不变，改变带电量。如何改变小球的带电量呢？学生：……教师边分析边演示：我们可以用不带电金属球与之接触分走部分电荷，减少带电量，恢复距离，发现摆角变小。只与大球的带电量有关吗，我们也可以用一个不带电的小球分走部分电荷，发现摆角也变小了，可见电荷之间的相互作用力随距离的增大而减少，随电量的减少而减少。同学们的猜想是正确的。3、库仑扭秤的介绍：教师：但这才只是一个定性的结果。要想定量研究，我们应该设计更为精确的实验。历史上最早定量研究这个问题的是法国物理学家库仑，（屏幕出现库仑头像和扭秤照片）他设计了一个非常著名的扭秤实验，这个实验装置看起来虽然简单，但却有它巧妙之处，今天就让我们沿着库仑当年的设计思路，一起来体会欣赏一番。（1）请看屏幕，这表示两个带同种电荷的小球，存在相互排斥力。但相互作用力比较小，不容易直接测量，有什么办法可以让力的作用效果更加明显呢？其实我们在学习万有引力时，有过一个经典的例子，还有印象吗？学生：卡文迪许扭秤对！所以我们也可以设计一个T型架，两端分别是带电小球和不带电的平衡重物，再用一根游丝将T型架悬挂起来。这样电荷之间的作用将使T型架发生明显转动。这是一种转化放大的思路。为了读出转动的角度，顶端还有一个角度盘，可以很方便地通过角度大小来定量反映作用力的大小。（2）如果我们保持电量不变，依次改变两球之间的距离，就可以测出相应的作用力，从而来进行力的大小与距离的关系研究。（3）为了测量的稳定与方便，我们在这个装置外加上透明的带刻度的玻璃罩，这就是库仑当年设计的著名的库仑扭秤（展示扭秤模型）。这是当年库仑的三组数据，第一次，两球相距36单位距离，测得游丝的旋转角度为36度。第二次，两球相距18个单位距离，测得游丝的旋转角度为144度。第三次，两球相距8.5个单位距离，测得游丝的旋转角度为575.5度。教师：同学们从这三组数据中能得出什么结论来吗？学生：……教师：先看前两组数据，你认为力与距离之间有什么关系吗？学生：平方反比。教师：第三组数据有一定的误差，库仑分析可能是漏电的缘故。科学的说，我们不能仅仅依据三组数据做出结论。但由于库仑根据当时已有的一些研究成果，坚信电荷之间的相互作用力的大小与万有引力一样与距离的平方成反比的关系，因此，这三组数据恰好验证了他的设想，结合更多的实验成果库仑最终做出结论，两个