2019《電荷庫侖定律》教學設(shè)計精品教育.doc

1、電荷 庫侖定律教學設(shè)計教材：人教版高中物理選修 1-1 第 1 章第 1 節(jié) 課題：電荷庫侖定律課時： 2 課時一、教材分析1. 庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律， 又是學習電 場強度的基礎(chǔ)，不僅要求學生定性知道，而且還要求定量了 解和應(yīng)用。2. 本節(jié)摩擦起電、 兩種電荷的相互作用、 電荷量的概念初 中已接觸， 已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)， 在復習初中知識的基礎(chǔ)上， 應(yīng)著重從原子結(jié)構(gòu)的角度講解物體帶電的本質(zhì)。3. 通過對使物體帶電的方法接觸起電、 摩擦起電和感應(yīng)起 電的分析，讓學生體會到使物體帶電的實質(zhì)是電子發(fā)生轉(zhuǎn)移， 從而打破了物體的電中性，失去電子的物體帶上了正電荷， 得到電子的物體帶上了負電

2、荷。過渡到電荷守恒定律，水到 渠成，對高中學生而言很容易接受，進一步鞏固守恒思想。4. 在分析思考的過程中學生體會到電荷守恒定律以及元 電荷的概念。同時教學中滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的思想。5. 展示庫侖定律的內(nèi)容和庫侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過程，并強調(diào)該定律的條件和遠大意義。二、學情分析學生在初中已經(jīng)學習了電學的基本知識， 為過渡到本節(jié)的 學習起著鋪墊作用，學生已具備了一定的探究能力、邏輯思 維能力及推理演算能力。能在老師指導下通過觀察、思考， 發(fā)現(xiàn)一些問題和解決問題。因此有必要把初中學過的兩種電 荷及其相互作用、 電荷量的概念、 摩擦起電的知識復習一下。三、教學方法分析及建議1. 在學生初中學習的基

3、礎(chǔ)上， 可以通過演示實驗或者媒體 播放復習并鞏固電荷的有關(guān)知識 ; 先運用教材上給出的簡單 易行的實驗，讓學生觀察摩擦后的塑料片之間的相互作用力， 猜想作用力的大小跟哪些因素有關(guān) ; 然后通過實驗定性驗證 猜想是否正確，并在這個基礎(chǔ)上介紹庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程。2. 講解點電荷時， 可以對照質(zhì)點的概念進行講解， 要講清 點電荷是一種理想化的物理模型。3. 物理發(fā)展史上的重要概念及重大規(guī)律的建立都是經(jīng)科 學家艱辛的探索而完成的，都是對原有思維方式突破的結(jié)果， 體現(xiàn)出了科學家的創(chuàng)造性。如何充分利用這寶貴的素材，需 要教師創(chuàng)設(shè)問題情景對學生“誘思”、“導思”，在本節(jié)課 中，對庫侖定律得出過程進行了嘗試。

4、4. 利用“思考與討論”的問題， 比較庫侖定律與萬有引力 定律的異同。5. 要做好演示實驗， 使學生清楚地知道什么是靜電感應(yīng)現(xiàn) 象。在此基礎(chǔ)上，使學生知道，感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷， 而是使物體中的正負電荷分開，使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移 到另一部分，進一步說明電荷守恒定律。四、教學目標（一）知識與技能1. 了解人類對電現(xiàn)象的認識過程， 體會人類探索自然規(guī)律 的科學方法、科學態(tài)度和科學精神。2. 了解元電荷的大小， 了解電荷守恒定律， 知道摩擦起電 和感應(yīng)起電的實質(zhì)不是創(chuàng)造電荷，而是電荷的轉(zhuǎn)移。3. 理解庫侖定律的含義和表達式， 知道靜電常量。 了解庫 侖定律的適用條件，學習用庫侖定律解決簡單的問

5、題。4. 滲透理想化思想， 培養(yǎng)由實際問題進行簡化抽象思維建 立物理模型的能力。（二）過程與方法1. 教師通過實驗法、 問題教學法啟發(fā)學生理解抽象的電荷 知識。2. 通過認識科學家在了解自然的過程中常用的科學方法， 培養(yǎng)學生善用類比方法、理想化方法、實驗方法等物理學習 方法。（三）情感態(tài)度與價值觀1. 通過閱讀材料， 展示物理學發(fā)展中充滿睿智和靈氣的科 學思維，弘揚前輩物理學家探尋真理的堅強意志和科學精神。2. 通過對比天電和地電、 以及定性和定量、 神學和科學對 電現(xiàn)象的認識，使學生了解人類對電荷的認識過程，培養(yǎng)學生探索大自然的興趣3. 通過對庫侖定律探究過程的討論， 使學生掌握科學的探 究

6、方法，激發(fā)學生對科學的熱情。五、本節(jié)要點1. 什么是靜電現(xiàn)象 ?電荷間的相互作用是什么 ?什么叫電2. 什么是感應(yīng)起電現(xiàn)象 ?什么叫中和現(xiàn)象 ?3. 電荷守恒定律的內(nèi)容是什么 ?什么叫元電荷 ?4. 庫侖定律的內(nèi)容是什么 ?適用條件是什么 ?六、教學重難點分析（一）重點1. 對庫侖定律的理解。（二）難點1. 對電荷這一抽象概念的理解 ;2. 對庫侖定律發(fā)現(xiàn)過程的探討。（三）突破重、難點的方法1. 講清庫侖定律及適用條件，說明庫侖力符合力的特征， 遵守牛頓第三定律。2. 為定性演示庫侖定律， 應(yīng)使帶電小球表面光滑， 防止尖 端放電，支架應(yīng)選絕緣性能好的，空氣要干燥。3. 說清 K 的單位由公式中

7、各量單位確定， 其數(shù)值則由實驗 確定。七、教學流程設(shè)計(一) 新課引入( 多媒體展示電磁學的發(fā)展史 )古代人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有關(guān)靜電現(xiàn)象， 主要是梳頭或者是羊毛、 絲、棉類的衣物摩擦有閃光及聲音 ; 古希臘人發(fā)現(xiàn)琥珀可以 吸引輕小物體。英國的吉爾伯特 (1544 1603) 是最早系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn) 象的科學家。他發(fā)現(xiàn)琥珀和磁鐵都能夠吸引物體，不過性質(zhì) 不同，經(jīng)過研究，他發(fā)現(xiàn)許多其他物體經(jīng)過摩擦后也都能夠 吸引其他小物體。引入 (electric)( 琥珀體 ) 還發(fā)明了可供實 驗用的驗電器。德國的奧托 · 格里克 (1602 1686) ，馬德堡市市長， 1654 年曾用自己發(fā)明的抽氣

8、機做了馬德堡半球?qū)嶒?1660 年發(fā)明了第一臺可產(chǎn)生大量電荷的摩擦起電機。有了這樣的機 器，因而做成了各種各樣的電火花實驗 ; 還有讓人身體帶電 的實驗 ; 這使得 18 世紀 40 年代的德國整個社會都對電現(xiàn)象 感興趣，許多人購買了摩擦起電機做實驗作為娛樂，同時也 大大普及了電學知識。電學知識在整個歐洲各國都普及起來。法國電學家諾萊特在巴黎圣母院前進行， 他請 700 個修道 士手拉手地排起來，讓排頭的手拿萊頓瓶放電時，發(fā)現(xiàn) 700 個修道士同時跳了起來，顯示了電的強大威力。富蘭克林的風箏實驗， 證明了雷電是一種放電現(xiàn)象， 在此基礎(chǔ)上，發(fā)明了避雷針。（二） 進行新課1. 接引雷電下九天富蘭克

9、林發(fā)明避雷針的故事1752 年 7 月的一天，在北美洲的費城，一位名叫富蘭克 林的科學家，做了一個轟動世界的實驗：這天下午，天色陰 暗，烏云滾滾。天空中不時閃爍著青白色的電光，傳來一陣 陣沉悶的雷聲，眼看一場可怕的大雷雨就要來臨了?！斑@是最合適的天氣 ! ”富蘭克林和他的兒子威廉帶著風 箏和萊頓瓶 （ 一種可充放電的容器 ） ，奔向郊外田野里的一間 草棚。這可不是一只普通的風箏： 它是用絲綢做成的， 在它的頂 端綁了一根尖細的金屬絲，作為吸引閃電的“接收器” ; 金 屬絲連著放風箏用的細繩，這樣細繩被雨水打濕后，也就成 了導線 ;細繩的另一端系上綢帶，作為絕緣體 （要干燥 ），避 免實驗者觸電

10、 ; 在綢帶和繩子之間，掛有一把鑰匙，作為電 極。富蘭克林和他的兒子連忙乘著風勢， 將風箏放上了天。 風 箏，像一只矯健的鳥兒，漸漸地飛到云海中。父子倆躲在草棚的屋檐下， 手中緊握著沒有被雨水淋濕的 綢帶，目不轉(zhuǎn)睛地觀察著風箏的動靜。突然，天空中掠過一道耀眼的閃電。 富蘭克林發(fā)現(xiàn)， 風箏 引繩上的纖維絲一下子豎立起來。這說明，雷電已經(jīng)通過風 箏和引繩傳導下來了。富蘭克林高興極了，他禁不住伸出左 手，觸碰一下引繩上的鑰匙?！斑辍钡囊宦暎粋€小小的藍 火花跳了出來?！斑@果然是電 ! ”富蘭克林興奮地叫了起來?！鞍讶R頓瓶拿過來。 ”富蘭克林對威廉喊道。 他連忙把引 繩上的鑰匙和萊頓瓶連接起來。萊頓瓶

11、上電火花閃爍。這說 明萊頓瓶充了。事后，富蘭克林用萊頓瓶收集的雷電， 做了一系列的實驗， 進一步證實了雷電與普通電完全相同。富蘭克林的這一風箏實驗， 徹底地擊碎了閃電是“上帝之 火”、“煤氣爆炸”等流行的說法，使人們真正認識到雷電 的本質(zhì)。 因此，人們說： “富蘭克林把上帝與閃電分了家。 ” 富蘭克林的風箏實驗絕不是一時沖動所做的。 早在數(shù)年前， 他就致力于電的研究，并在當時人們不知“電為何物”的時 代，指出了電的性質(zhì)。在一次研究的意外事件中， 他得到啟迪。 有一次，他把幾 只萊頓瓶連在一起，以加大電容量。不料，實驗的時候，守 在一旁的妻子麗德不小心碰了一下萊頓瓶，只聽得“轟”的 一聲，一團電

12、火花閃過，麗德被擊中倒地，面色慘白。她因 此休息了一個星期身體才得到康復?！叭R頓瓶發(fā)出的轟鳴聲， 放出的電火花， 不是和雷電一樣 嗎?”富蘭克林大膽地提出這個設(shè)想。經(jīng)過反復思考，他推 測雷電就是普通的電， 并找出它們兩者間的 12 條相同之處： 都發(fā)亮光 ; 光的顏色相同 ; 閃電和電火花的路線都是曲折的 ; 運動都極其迅速 ;都能被金屬傳導 ; 都能發(fā)出爆炸聲或噪聲 ; 都能在水或冰塊中存在 ; 通過物體時都能使之破裂 ; 都能殺 死動物 ; 都能熔化金屬 ; 都能使易燃物燃燒 ; 都放出硫磺氣味。1747 年，富蘭克林把他的這些想法，寫成論文論雷電 與電氣的一致性 。他將論文寄給他的朋友、

13、英國皇家學會 會員科林遜。可當科林遜將論文送交皇家學會討論時，得到 的是一陣嘲笑。許多權(quán)威科學家認為富蘭克林的觀點荒唐無 比，“把科學當作兒童的幻想”。對于權(quán)威人士的嘲笑、奚落，富蘭克林不予理睬，終于在 做好各種準備的情況下，冒著生命危險，做了風箏實驗。富蘭克林從風箏實驗中， 不但了解了雷電的性質(zhì)， 而且證 實：雷電是可以從天空“走”下來的?！案叽蠼ㄖ锍３Ｔ?到雷擊，能不能給雷電搭一個梯子，讓它乖乖地 ‘ 走 ’ 下來呢 ?”富蘭克林想。正當富蘭克林思考這一問題的時候， 不幸從俄國彼得堡傳 來消息： 1753 年 7 月 26 日，科學家利赫曼為了驗證富蘭克 林的實驗

14、，在操作時，不幸被一道電火花擊中身亡。這更堅 定了富蘭克林研制避免雷擊裝置的決心。他先在自己家做實驗：在屋頂高聳的煙囪上，安裝一根 3 米長的尖頂細鐵棒 ;在細鐵棒的下端綁上金屬線 ; 沿著樓梯， 把金屬線引到底樓的一個水泵上 （ 水泵與大地有接觸 ）; 將經(jīng) 過房間的那段金屬線分成兩段，且將兩股線相隔一段距離， 各掛一個小鈴。這樣，如果雷電從細鐵棒進入，經(jīng)過金屬線 進入大地，那么，兩股線受力，小鈴就會晃蕩，發(fā)出響聲。一天，電閃雷鳴，暴風雨就要來了。在雷聲、雨聲的“伴 奏”下，守候在房間小鈴旁的富蘭克林，聽到了小鈴發(fā)出的 清脆、悅耳的聲音。他高興地笑了。富蘭克林把那根細鐵棒稱為“避雷針”。 避

15、雷針的問世，引起了教會的反對。 他們認為：“裝在屋 頂?shù)募鈼U指向天空是對上帝的不敬。”“干涉上帝的事，對 上帝指手劃腳，是要受上帝懲罰的?！比欢?，有一次在一場雷雨之后， 神圣的教堂著火了， 而裝 有避雷針的房屋卻平安無事。于是，避雷針的作用被人們認 識，避雷針也很快地傳開了。至 1784 年，全歐洲的高樓頂 上都用上了避雷針。富蘭克林的發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一了天電和地電， 破除了人們對雷電的 迷信。儲存了天電的萊頓瓶可以產(chǎn)生一切地電所能產(chǎn)生的現(xiàn) 象，這就證明了天電與地電是一樣的。2. 電荷（ 用提問的方法復習初中學過的知識 ） 演示：用和絲綢摩擦后的玻璃棒去接觸驗電器的金屬球， 發(fā)現(xiàn)箔片張開，表明玻璃棒帶了

16、電。師問：摩擦起電現(xiàn)象是什么 ?有什么特點 ?生答： 摩擦過的物體具有了吸引輕小物體的性質(zhì)， 這種現(xiàn) 象叫摩擦起電，這樣的物體就帶了電。師問：自然界中存在哪幾種形式的電荷 ?摩擦起電中跟絲 綢摩擦過的玻璃棒帶什么電 ?跟毛皮摩擦過的橡膠棒又帶什 么電 ?生答：正負兩種電荷，玻璃棒帶正電，橡膠棒帶負電。 師問：電荷間的相互作用是什么 ?生答：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 師問：它們所帶的電荷的多少叫什么 ?單位是什么 ? 生答：電荷量 (Q) ，單位是：庫侖 (C) 師問：這種使物體帶電的方法叫什么 ? 生答：摩擦起電。( 教師用驗電器演示驗證摩擦起電和接觸起電)3. 帶電本質(zhì) 教師：引

17、導學生閱讀教材最后一段有關(guān)物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu) 的描述，思考和回答問題：(1) 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的 ?摩擦起電的原因是什么 ? (2) 什么是自由電子，金屬成為導體的原因是什么 ? 學生：積極閱讀教材，思考并回答問題。教師引導學生總結(jié)出：帶電的本質(zhì)是電子的得失。4. 起電方式師問：使物體帶電方式有哪些 ?生答：摩擦起電、接觸起電。師問：除了摩擦起電、接觸起電外， 還有沒有可以使物體 帶上電的方法 ?生答：人們發(fā)現(xiàn)還有感應(yīng)起電。教師：1. 做課本演示實驗 1.1-4 ，觀察在帶正電的 C 向 A、 B 靠近時， A、B 的箔片張開情況 .2. 分析現(xiàn)象并結(jié)合檢驗，得到 A、B分別帶上了負電荷和

18、正電荷。3. 把電荷移近不帶電的物體， 使物體帶電的方法， 叫感應(yīng) 起電，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。師生共同分析感應(yīng)起電的實質(zhì)： 是使物體中的正負電荷分 開，電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。師問：摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電三種起電方式的微 觀機理是否相同 ?起電實質(zhì)是什么 ?生歸納總結(jié)： 1. 摩擦起電：原因是電子的轉(zhuǎn)移。2. 接觸起電：原因仍是電子的轉(zhuǎn)移。 （同時弄清楚了電量 均分現(xiàn)象和中和現(xiàn)象。 ）3. 感應(yīng)起電：仍是電子的轉(zhuǎn)移。5. 電荷守恒通過三種起電方式原因的分析， 由學生總結(jié)得出起電過程 中電荷守恒：電荷既不能創(chuàng)造， 也不能消滅， 只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另 一個物體，或者從物體的一部分

19、轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的 過程中，電荷的總量保持不變。并與能量守恒定律、 動量守恒定律等相類比， 指出他們都 是自然界中普遍存在的規(guī)律。 （ 指導學生學習中也要有知識 的遷移、總結(jié)、類比、融會貫通。 ）做出電荷守恒定律的另一表述： 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)， 電荷的代數(shù)和總是保持 不變。過渡語： 這是物理學中重要的基本定律之一。 通過前面的 學習，清楚了物體帶電的本質(zhì)， 而一個帶電體究竟帶多少電 ? 經(jīng)過大量實驗證明，所有帶電體的電荷量或者等于電荷量 e 或者是電荷量 e 的整數(shù)倍。6. 元電荷（ 學生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容 ） 回答下列問題：1. 電荷的多少如何表示 ?它的單位是什么 ?2.

20、什么是元電荷 ?一個電子就是一個元電荷嗎 ?3. 元電荷的數(shù)值是多少 ?它的數(shù)值最早是由哪位物理學家 測定的 ?學生總結(jié)得出：1. 元電荷： 人們把自然界中最小電荷叫做元電荷， 電荷量 為 1.6×10-19C2. 元電荷是電荷量的單位 (1.6×10-19C 作為一個電 荷量單位 ) ，不是指某電荷。3. 電子和質(zhì)子的電荷量均為 e,所有帶電體的電荷量等于e 或者是 e 的整數(shù)倍。7. 庫侖定律1. 學生做 1.1-5 實驗， 反復多做幾次， 猜想它們之間的作 用力的大小可能與哪些因素有關(guān) ?2. 教師演示 1.1-6 的實驗。3. 學生注意觀察小球偏角的變化以及引起

21、這一變化的原因。4. 通過對實驗現(xiàn)象的定性分析得到： 電荷之間的作用力隨 電荷量的增大而增大，隨距離的增大而減小。5. 法國物理學家?guī)靵觯?用實驗研究了電荷間相互作用的電 力，這就是庫侖定律。內(nèi)容：真空中的兩個點電荷之間的作用力， 跟它們的電荷 量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方 向在它們的連線上。表達式：， k 叫靜電力常量， k=9×109 N·m2/C2 。6. 介紹點電荷： 不考慮大小和電荷的具體分布， 可視為集中于一點的電 荷。 點電荷是一種理想化模型。 介紹把帶電體處理為點電荷的條件： 帶電體間的距離比 它們自身的大小大得多，帶電體的形狀

22、和大小對相互作用力 的影響可以忽略不計時。7. 任意帶電體所受的力可以看作是多個點電荷所受力的 合力。8. 庫侖定律與萬有引力定律 （ 計算下題 ） 試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力。 已知電子的 質(zhì)量 m1=9.10×10-31kg ，質(zhì)子的質(zhì)量 m2=1.67×10-27kg ，電子和質(zhì)子的電荷量都是 1.60×10-19C 。分析：這個問題不用分別計算電子和質(zhì)子間的靜電引力和 萬有引力，而是列公式，化簡之后，再求解。解：電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力分別是：（ 回答“思考與討論” ） 可以看出： 萬有引力公式和庫侖定 律公式在表面上很相似，表述

23、的都是力，這是相同之處; 它們的實質(zhì)區(qū)別是：首先萬有引力公式計算出的力只能是相互 吸引的力，絕沒有相排斥的力。其次，由計算結(jié)果看出，電 子和質(zhì)子間的萬有引力比它們之間的靜電引力小的很多，因 此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時，主要考慮靜電力， 萬有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計。（三） 典型例題出示題目 ( 多媒體 )1. 掛在絕緣細線下的兩輕質(zhì)通草球， 由于電荷的相互作用 靠近或遠離，如圖所示，則 ( )A. 甲圖中兩球一定帶異種電荷B. 甲圖中至少有一個帶電C. 乙圖中兩球一定帶同種電荷D. 乙圖中兩球可能只有一個帶電。2. 把兩個完全相同的金屬球A和B接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間相互排斥則 A.B 兩球原來的帶電情況可 能是 ()A. 帶有等量異種電荷B. 帶有不等量異種電荷C. 帶有等量同種電荷D. 一個帶電，另一個不帶電3. 關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實質(zhì)，下列說法正確的是( )A. 摩擦起電現(xiàn)象說明了機械能可以轉(zhuǎn)化為電能， 也說明通 過做功可以創(chuàng)造電荷B. 摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體C. 感應(yīng)起電說明電荷可以從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到物體 另一個部分D. 感應(yīng)起電說明電荷從帶