1、1.2 库伦定律（教案） （两课时） 【教学目标】 1、 定性认识库仑力（静电力）与什么有关 2、 知道库伦扭秤实验 3、 理解理想模型：点电荷，感悟科学研究中建立理想模型的重要意义 4、 理解库伦定律的文字表述及其公式表达 5、 通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性和统一性 【教材分析】 本节内容的核心是库伦定律，它阐明了带电体相互作用的规律，为整个电磁学奠定了基础。因此整节课的教学围绕库伦定律展开。从定性探究到定量探究。由于中学阶段完成库伦定律的实验探究比较有难度，在教学中采用视频和实物定性研究向结合的方式，尽量让学生了解和 经历实验的过程，使得到的结果更具有说服力。 【教学过
2、程】 复习引入：用三种起电方式和电荷间的相互作用解释静电铃的原理。 人们对电荷的认识是通过研究并认识电荷间的相互作用而获得的。沿袭牛顿对力的定义，将电荷间的相互作用力成为库仑力或静电力。这个力就是我们这节课要研究的核心问题。 一、 库仑力 静止电荷之间的相互作用，称为静电力或库仑力。 二、 探究影响电荷间相互作用的因素 1、猜想：库伦力可能与带电体的电荷量和两者之间的距离有关 2、实验验证 实验装置（如右图所示）：引导学生从研究目的出发，设计实验装置，使实验装置能 实现预期的作用。 观察现象：（结合视频演示） 改变小球电量和两小球间距离，观察小球偏离竖直方向的夹角大小，对应于两球间静电力的大小
3、。 实验结果：电荷之间的作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大而减小（定性）。 三、 库伦定律 1、库伦定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上 2、表达式221rqqkF3、库伦定律的说明： 适用范围： A点电荷（理想模型） 当带电体间距离比它们自身的大小大很多 ，当带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们间作用力的影响可忽略不计时，可将其看做有电荷量的点（ R r） B均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的作用， r 是两球心间的距离 C公式不适用于 r 0的情况 k：比例系数，称为静电力常量。 A 国际单位：
4、22 cmN B 静电力常量是一个与带电体周围介质有关的量 q1 q2 C 真空中 229100.9 cmNk （空气中近似相等） D 物理意义：两个电荷量为 1C 的点电荷在真空中相距 1m 时，相互作用力是 9.0 109N。 课堂练习：估算一下，这 么大的库仑力相当于多重的物体相距 1 米时的万有引力？ G=6.67 10-11Nm2/kg2 （ 1010kg） 使用库伦定律计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，谈后根据同性相斥、异性相吸判断方向 库仑力（静电力）具有自己独特的大小和方向，同时它也具有力的一切性质（独立性、合成和分解时遵守平行四边形定则，相互作用力） 四、 库伦扭秤
5、实验 实验装置和实验原理 如右图所示。当带同种电的 C 球与 A 球靠近时， A 球受到库伦力的作用带动金属丝扭转。转动上方的旋钮使 AB 回到原位置，根据两次刻度值差反求出 AC 间的作用力 的大小。库伦扭秤测量 出了静电力常量的值。 五、 库伦定律与万有引力定律 问题：分析库伦扭秤实验中小球在水平面内受力状况 问题：两球 AC 间的万有引力是否影响扭秤扭转？ 例题： 已知氢核的质量是 1.67 10-27kg，电子的质量是 9.1 10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为 5.3 10-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力 在一般尺度下，带电体间的库伦力远远大于万有
6、引力，万有引力的影响可以忽略。 有奖征集： 如何在库伦扭秤实验中尽量减 小万有引力对静电力的影响？ 练习 1、 两个半径相同的金属小球其球心间距 r 远远大于球半径 R，带电荷量之比为 1： 7，两者相互接触后再放回原来位置上，则相互作用力可能为原来的（ CD ） A. 4/7 B. 3/7 C. 9/7 D. 16/7 思维严密，考虑多种情况 练习 2、 真空中有三个点电荷，它们固定在边长 50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2 10-6C，求它们各自所受的库仑力 三个点电荷的受力情况都相同，以 q3为例， q3受到大小相同的库仑力 F1和 F2， NrqkFF 1 4 4
7、.02221 ，合力 NFF 25.030c o s2 1 方向沿 q1与 q2连线的垂直平分线向外 （库仑力的合成） 练习 3、 若上题中将点电荷 q1与 q2变成一根均匀带电直棒，带电量为（ q1+q2），此棒对 q3 NrqqkF 211 191992 21 103.5 106.1106.1100.9 库 N8102.8 Nr mmGF 211 3127112 21 103.5 101.91067.1107.6 引 N47106.3 39103.2 引库FFA B C q1 q3 q2 F1 F2 F 的作用力方向如何？ 任何带电体都可以看做是由点电荷组成。根据对称性可知杆上的各个点电荷
8、对 q3的合力方向沿着杆中垂线的方向。 练习 4、 在一条直线上有两个相距 0.4m 的点电荷 A、 B， A 带电荷量为+Q， B 带电荷量为 -9Q。现引入第三个点电荷 C，恰好使三个点电荷处于平衡状态。则 C 应带什么性质的电荷，电 荷量为多少？ 解析 从相互作用力的方向上分析，每个电荷受另外两个电荷的作用力的方向应该相反 “同夹异” 从作用力的大小上来说， 引入的第三个点电荷应该离大电荷远、离小电荷近 “远大近小”、或“大夹小” 解 根据力的平衡条件可知， C 必须带负电，且在 A 的左侧 x 处 以 C 为研究对象 22 4.0 x qqkxqqk BcAc，得 x=0.2m 以 A
9、 为研究对象22 4.0 ABAc qqkxqqk ，得 Qqc 49，带负电 练习 5、 光滑绝缘水平面上带电小球 A、 B 质量 分别为 m1=2g， m2=1g，它们的电荷量相等，q1= q2=10-7C。 A 球带正电， B 球带负电。现在水平恒力 F1向右作用于 A 球，这时 A、 B 一起向右运动，且保持距离 d=0.1m 不变。试问： F1多大？它们如何运动？ 以 A、 B 为一个整体，受力分析得： NammF 2211 107.2 ， 向右匀加速直线运动,9 2smaa BA 注意力、电模型的类比、迁移 练习 6、 两小球用等长的绝缘细线悬挂于同一点 O，两小球因带同号电荷而使
10、球 b 悬线竖直地靠在墙上， a 球被推开一定角度而平衡。今令其失去部分电量 ，结果角变小后又重新平衡，则关于悬线对 a 球的拉力大小变化情况为（ C ） A.一定增大 B.一定减小 C.一定不变 D.无法确定 练习 7、 在竖直放置的半径为 R 的光滑半圆形绝缘细管的圆心 O 处放一点电荷。现将质量为 m、电荷量为 +q 的小球从半圆的水平直径端点 A 静止释放，小球沿细管滑到最低点 B 时，对管壁恰好无压力，则置于圆心处的点电荷带什么电？电量大小为多少？ 解 小球从 A 到 B 运动过程中，只有重力做功，根据动能定理 mgRmvB 221 小球在 B 处向心力由 O 处电荷给的库仑 力和重
11、力的合力来提供，因此 O 处点电荷必定带负电，设电荷量为 -Q，则 RvmmgRQqkmgFF Bn22 A B F1 A B b a O 由和得，kqmgRQ 23【课后反思】 作为电学部分第一个重要的定律 库伦定律的教学，关系到学生是否能完成从力学到电学的过渡。在实际教学中，设计了一些与力学结合的题目。试图用这些简单的题目使学生认识到，我们现在学习的电学虽然是新知识，但当考虑力与物体运动间的关系时，原来所学习的分析方法、牛顿定律、圆周运动规律以及动能定理等等仍然适用。区别就在与在原来受 力分析的基础上加了一个静电力。再往后学到电场能方面的知识时，加上了电场力做的功，而这个功除了用一般力的功来计算之外，还与电势能和电势差之间有着特殊的关系。 在实际教学中还发现，这节课所讲的例题，学生接受起来并不困难。但是学生缺乏课后的反思和自己 亲自动手一试的学习习惯。所以课后落实的不好，而这种漏洞会在将来的教学当中越来越明显。
