靜電場·電荷的相互作用·教案

1、 靜電場·電荷的相互作用·教案  一、教學目標1在物理知識方面的要求：（1）掌握兩種電荷；（2）定性了解兩種電荷間的作用規(guī)律；（3）掌握庫侖定律的內(nèi)容及其應用。2通過觀察演示實驗，概括出兩種電荷間的作用規(guī)律。培養(yǎng)學生觀察、概括能力。3滲透物理學方法的教育，運用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型點電荷，研究真空中靜止點電荷間互相作用力問題庫侖定律。二、重點、難點分析1重點是使學生掌握真空中點電荷間作用力大小的計算及方向的判定庫侖定律。2真空中點電荷間作用力為一對相互作用力，遵從牛頓第三定律，是難點。三、教具1演示兩種電荷間

2、相互作用有機玻璃棒、絲綢、碎紙片、毛皮、橡膠棒（2支）2定性演示相關物理量間關系鋁箔包好的草球、表面光滑潔凈的絕緣導體、絕緣性好的絲線、絕緣性好的支架、鐵架臺。四、主要教學過程1新課引入人類從很早就認識了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象，例如我國在戰(zhàn)國末期就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦有吸引鐵的現(xiàn)象。在東漢初年就有帶電的琥珀吸引輕小物體的文字記載，但是人類對電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究卻是在歐洲文藝復興之后才逐漸開展起來的，到十九世紀才建立了完整的電磁理論。電磁學及其應用對人類的影響十分巨大，在電磁學研究基礎上發(fā)展起來的電能生產(chǎn)和利用，是歷史上的一次技術革命，是人類改造世界能力的飛躍，打開了電氣化時代的大門。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、通訊、國防

3、、科學研究和日常生活都離不開電。在當前出現(xiàn)的新技術中，起帶頭作用的是在電磁學研究基礎上發(fā)展起來的微電子技術和電子計算機。它們被廣泛應用于各種新技術領域，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的變化。為了正確地利用電，就必須懂得電的知識。在初中我們學過一些電的知識，現(xiàn)在再進一步較深入地學習。2教學過程設計（1）研究兩種電荷及電荷間的相互作用實驗一：用橡膠棒與毛皮摩擦后，放于碎紙片附近觀察橡膠棒吸引碎紙片情況。提問一：為什么橡膠棒會吸引碎紙片？答：橡膠棒與絲綢摩擦后就帶電了，帶電物體會吸引輕小物體。提問二：注意觀察帶電橡膠棒吸引碎紙片情況，會發(fā)現(xiàn)被橡膠棒吸起的紙片中，較大的紙片先落下來，這是為什么？答：帶電

4、體在空氣中不斷放電，使它帶電量不斷減少，因而吸引輕小物體的力也相應減小，所以較大紙片先落下來。教師總結：在初中的學習中，我們已經(jīng)知道，自然界存在兩種電荷，叫做正電荷與負電荷。用毛皮摩擦橡膠棒，用絲綢摩擦有機玻璃棒后，橡膠棒帶負電，毛皮帶正電，有機玻璃棒帶正電，絲綢帶負電。物體帶電后，能吸引輕小物體，而且?guī)щ娫蕉?，吸引力就越大，電荷的多少叫電量，電量的單位是庫侖。電子帶有最小的負電荷，質(zhì)子帶有最小的正電荷，它們電量的絕對值相等，一個電子電量e=1.6×10-19C。任何帶電物體所帶電量要么等于電子（或質(zhì)子）電量，要么是它們的整數(shù)倍，因此，把1.6×1019C稱為基元電荷。提問

5、三：若將橡膠棒摩擦過的毛皮靠近碎紙片，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答：毛皮帶上正電，也會吸引輕小物體。教師用實驗驗證學生的判斷。實驗二：用云臺支起一根橡膠棒，如圖1所示，再將它與另一根橡膠棒并在一起，用毛皮摩擦它們的一端，使之帶上同種電荷，再觀察兩端相互作用的情況，發(fā)現(xiàn)它們相斥，而且它們的距離越小斥力越大，過一會兒，它們間的作用力會明顯減弱。提問四：被毛皮摩擦過的橡膠棒的兩端為什么會相斥？斥力的大小與什么因素有關？答：因為它們帶上了同種電荷，而電荷間作用的規(guī)律是同種電荷相斥，異種電荷相吸，斥力的大小與電荷間的距離有關，距離越小，斥力越大，反之，距離越大，斥力越??；斥力的大小還與電量有關，電量越大，斥力越大

6、。由于放電的原因，棒上的電量不斷減小，而斥力也隨時間的增大而明顯減小。提問五：若將與橡膠棒摩擦過的毛皮與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，或用絲綢摩擦過的有機玻璃棒與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答：會吸引，異種電荷相吸。教師用實驗驗證學生的判斷。提問六：若將與有機玻璃棒摩擦過的絲綢與支起的橡膠棒帶電的一端靠近，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答：會相斥，同種電荷相斥。教師用實驗驗證學生的判斷。實驗三：如圖2，先把表面光滑潔凈的絕緣導體放在A處，然后把鋁箔包好的草球系在絲線下，分別用絲綢摩擦過的玻璃棒給導體和草球帶上正電，把草球先后掛在P1、P2、P3的位置，帶電小球受到A的作用力的大小可以通過絲線對

7、豎直方向的偏角大小顯示出來。觀察實驗發(fā)現(xiàn)帶電小球在P1、P2、P3各點受到的A的作用力依次減小；再增大絲線下端帶電小球的電量，觀察實驗發(fā)現(xiàn)，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。提問七：電荷間作用力大小跟什么有關？答：與電荷間距離及電量多少有關，電荷的作用力隨著距離的增大而減小，隨著電量的增大而增大。教師總結：電荷之間存在著相互作用力，力的大小與電量的大小、電荷間距離的大小有關，電量越大，距離越近，作用力就越大；反之電量越小，距離越遠，作用力就越小。作用力的方向，可用同種電荷相斥，異種電荷相吸的規(guī)律確定。（2）庫侖定律我國東漢時期就發(fā)現(xiàn)了電荷，并已定性掌握了電荷間的相互作用的規(guī)律。而進一步將電

8、荷間作用的規(guī)律具體化、數(shù)量化的工作，則是兩千年之后的法國物理學家?guī)靵?，他用精確實驗研究了靜止的點電荷間的相互作用力，于1785年發(fā)現(xiàn)了后來用他的名字命名的庫侖定律。正像牛頓在研究物體運動時引入質(zhì)點一樣，庫侖在研究電荷間的作用時引入了點電荷，無疑這是人類思維方法的一大進步。什么是點電荷？簡而言之，帶電的質(zhì)點就是點電荷。點電荷的電量、位置可以準確地確定下來。正像質(zhì)點是理想的模型一樣，點電荷也是理想化模型。真正的點電荷是不存在的，但是，如果帶電體間的距離比它們的大小大得多，以致帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看成點電荷。均勻帶電球體或均勻帶電球殼也可看成一個處于

9、該球球心，帶電量與該球相同的點電荷。庫侖實驗的結果是：在真空中兩個電荷間作用力跟它們的電量的乘積成正比，跟它們間的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫侖定律。若兩個點電荷q1，q2靜止于真空中，距離為r，如圖3所示，則q1受到q2的作用力F12為式中F12、q1、q2、r諸量單位都已確定，分別為牛（N）、庫（C）、q2受到q1的作用力F21與F12互為作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，統(tǒng)稱靜電力，又叫庫侖力。若點電荷不是靜止的，而是存在相對運動，那么它們之間的作用力除了仍存在靜電力之外，還存在相互作用的磁場力。關于磁場力的知識，今后將會學到。（3）庫侖定律的應用例1&

10、#160; 兩個點電荷q1=1C、q2=1C相距r=1m，且靜止于真空中，求它們間的相互作用力。這時F在數(shù)值上與k相等，這就是k的物理意義：k在數(shù)值上等于兩個1C的點電荷在真空中相距1m時的相互作用力。例2  真空中有A、B兩個點電荷，相距10厘米，B的帶電量是A的5倍。如果A電荷受到的靜電力是104N，那么B電荷受到的靜電力應是下列答案中的哪一個？                    

11、;           A5×10-4N                                 B0.2×10-4NC104N   

12、;                                  D0.1×10-4N例3  兩個完全相同的均勻帶電小球，分別帶電量q1=2C正電荷，q2=4C負電荷，在真空中相距為r且靜止，相互作用的靜電力為F。（1）今將q1、q2、r都加倍，

13、相互作用力如何變？（2）只改變兩電荷電性，相互作用力如何變？（3）只將r增大4倍，相互作用力如何變？（4）將兩個小球接觸一下后，仍放回原處，相互作用力如何變？（5）接上題，為使接觸后，靜電力大小不變應如何放置兩球？答（1）作用力不變。（2）作用力不變。（3）作用力變?yōu)镕/25，方向不變。（4）作用力大小變?yōu)镕/8，方向由原來的吸引變?yōu)橥瞥猓ń佑|后電量先中和，后多余電量等分）。例4  兩個正電荷q1與q2電量都是3C，靜止于真空中，相距r=2m。（1）在它們的連線AB的中點O放入正電荷Q，求Q受的靜電力。（2）在O點放入負電荷Q，求Q受的靜電力。（3）在連線上A點的左側C點放上負點電荷q3，q3=1C且AC=1m，求q3所受靜電力。解  當一個點電荷受到幾個點電荷的靜電力作用時，可用力的獨立性原理求解，即用庫侖定律計算每一個電荷的作用