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高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第2节 库仑定律教案
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第2节 库仑定律教案，共5页。教案主要包含了点电荷，两点电荷间的静电力等内容，欢迎下载使用。
1. 掌握库仑定律，知道点电荷的概念，并理解真空中的库仑定律。
2. 会用库仑定律进行有关的计算。
3. 学习理想化模型方法，掌握由实际问题进行简化抽象建立物理模型的能力。
教学重难点
教学重点
库仑定律
教学难点
测量静电力常量的方法。
教学准备
易拉罐、丝绸、气球、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、绝缘性好的铁架台等。
教学过程
新课引入
教师动手演示实验让学生仔细观察。
实验设计：
将气球吹起来，在头发上摩擦几下，吸引桌子上的易拉罐。
通过对实验现象分析及讨论引出静电力概念。
讲授新课
一、点电荷
教师提问：静电力大小跟什么有关？
学生讨论并回答老师所提问题。
教师总结：静电力影响因素有带电体的形状、大小、带电量、电荷分布、两带电体的距离等。
教师提问：静电力影响因素这么多，如何研究静电力大小？
什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。
学生讨论并回答老师所提问题引出点电荷概念。
在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离。带电体本身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷(只有电荷量，没有大小、形状) 。
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。
点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。
点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。
教师活动：讲述理想物理模型方法和以后会学到的一些理想物理模型的名字。
※理想模型方法是物理学常用的研究方法。当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型。这样可以使问题的处理大为简化。
我们以后还将学到 “弹簧振子”、“单摆” 、“理想气体”、“光线”等理想化模型。
二、两点电荷间的静电力
教师活动：演示探究电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系实验。
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。
教师总结：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。
教师提问：通过实验我们知道两电荷距离越近，作用力越大。那么当两电荷距离无限接近时，作用力是无限大吗？
学生讨论回答：不是，类似于万有引力公式，并不是距离无限小时，力无限大。
教师活动：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。
库仑定律内容：
真空中两个静止的点电荷的相互作用力，与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
库仑定律表达式
对库仑定律的理解：
(1)库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。
a：不考虑大小和电荷的具体分布，可视为集中于一点的电荷。
b：点电荷是一种理想化模型。
c：强调把带电体处理为点电荷的条件。
d：库仑定律给出的虽是点电荷间的静电力，但是任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的，据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力大小和方向。
(2)k：静电力常量。重要的物理常数k=9.0×109Nm2/C2，其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F、Q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F~N，Q~C，r~m。
(3)关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向即可。
(4)F是Q1与Q2之间的相互作用力，F是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。不能理解为Q1Q2，受的力也不等。
(5)库仑力也称为静电力，它具有力的共性。它与高一时学过的重力，弹力，摩擦力是并列的。它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则，与其它的力平衡，使物体发生形变，产生加速度。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。
库仑扭秤实验
讲解库伦扭秤的组成、原理和实验方法技巧(1．小量放大。2．电量的确定。)
根据控制变量法讲解实验方法过程得出结论：
1. 保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离r，从实验结果中库仑得出静电力与距离的平方成反比，即F∝1/r2。
2. 保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比，即F∝q1q2。
3. 总结：
当两个电荷量为1 C 的点电荷在真空中相距1 m时，得k=9.0×109 Nm2/C2。
典题剖析
例1 A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，其所受电场力为( )
A.－eq \f(F,2) B.eq \f(F,2)
C.－F D.F
答案：B
例2 (多选)如图，光滑绝缘水平面上有三个带电小球a、b、c(均可视为点电荷)，三球沿一条直线摆放，仅在它们之间的静电力作用下处于静止状态，则以下判断正确的是( )
A. a对b的静电力一定是引力
B. a对b的静电力可能是斥力
C. a的电荷量可能比b的少
D. a的电荷量一定比b的多
答案：AD
解析：根据三电荷平衡问题“两同夹异”的特点，a、b带有异种电荷，它们之间一定是引力，A正确，B错误；根据“两大夹小”的特点，b球带电荷量最少，C错误，D正确。
课堂小结
1. 掌握库仑定律，知道点电荷的概念，并理解真空中的库仑定律。
2. 会用库仑定律进行有关的计算。
3. 学习理想化模型方法，掌握由实际问题进行简化抽象建立物理模型的能力。
教学重难点
教学重点
库仑定律
教学难点
测量静电力常量的方法。
教学准备
易拉罐、丝绸、气球、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、绝缘性好的铁架台等。
教学过程
新课引入
教师动手演示实验让学生仔细观察。
实验设计：
将气球吹起来，在头发上摩擦几下，吸引桌子上的易拉罐。
通过对实验现象分析及讨论引出静电力概念。
讲授新课
一、点电荷
教师提问：静电力大小跟什么有关？
学生讨论并回答老师所提问题。
教师总结：静电力影响因素有带电体的形状、大小、带电量、电荷分布、两带电体的距离等。
教师提问：静电力影响因素这么多，如何研究静电力大小？
什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。
学生讨论并回答老师所提问题引出点电荷概念。
在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离。带电体本身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷(只有电荷量，没有大小、形状) 。
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。
点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。
点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。
教师活动：讲述理想物理模型方法和以后会学到的一些理想物理模型的名字。
※理想模型方法是物理学常用的研究方法。当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型。这样可以使问题的处理大为简化。
我们以后还将学到 “弹簧振子”、“单摆” 、“理想气体”、“光线”等理想化模型。
二、两点电荷间的静电力
教师活动：演示探究电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系实验。
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。
教师总结：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。
教师提问：通过实验我们知道两电荷距离越近，作用力越大。那么当两电荷距离无限接近时，作用力是无限大吗？
学生讨论回答：不是，类似于万有引力公式，并不是距离无限小时，力无限大。
教师活动：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。
库仑定律内容：
真空中两个静止的点电荷的相互作用力，与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
库仑定律表达式
对库仑定律的理解：
(1)库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。
a：不考虑大小和电荷的具体分布，可视为集中于一点的电荷。
b：点电荷是一种理想化模型。
c：强调把带电体处理为点电荷的条件。
d：库仑定律给出的虽是点电荷间的静电力，但是任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的，据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力大小和方向。
(2)k：静电力常量。重要的物理常数k=9.0×109Nm2/C2，其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F、Q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F~N，Q~C，r~m。
(3)关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向即可。
(4)F是Q1与Q2之间的相互作用力，F是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。不能理解为Q1Q2，受的力也不等。
(5)库仑力也称为静电力，它具有力的共性。它与高一时学过的重力，弹力，摩擦力是并列的。它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则，与其它的力平衡，使物体发生形变，产生加速度。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。
库仑扭秤实验
讲解库伦扭秤的组成、原理和实验方法技巧(1．小量放大。2．电量的确定。)
根据控制变量法讲解实验方法过程得出结论：
1. 保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离r，从实验结果中库仑得出静电力与距离的平方成反比，即F∝1/r2。
2. 保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比，即F∝q1q2。
3. 总结：
当两个电荷量为1 C 的点电荷在真空中相距1 m时，得k=9.0×109 Nm2/C2。
典题剖析
例1 A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，其所受电场力为( )
A.－eq \f(F,2) B.eq \f(F,2)
C.－F D.F
答案：B
例2 (多选)如图，光滑绝缘水平面上有三个带电小球a、b、c(均可视为点电荷)，三球沿一条直线摆放，仅在它们之间的静电力作用下处于静止状态，则以下判断正确的是( )
A. a对b的静电力一定是引力
B. a对b的静电力可能是斥力
C. a的电荷量可能比b的少
D. a的电荷量一定比b的多
答案：AD
解析：根据三电荷平衡问题“两同夹异”的特点，a、b带有异种电荷，它们之间一定是引力，A正确，B错误；根据“两大夹小”的特点，b球带电荷量最少，C错误，D正确。
课堂小结
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