2022年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十三章 電場(chǎng) 一、電荷、庫侖定律(第一課時(shí))

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1、2022年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十三章 電場(chǎng) 一、電荷、庫侖定律(第一課時(shí)) 從容說課 本節(jié)在回顧復(fù)習(xí)初中已經(jīng)學(xué)過的兩種電荷及其相互作用、摩擦起電的基礎(chǔ)上，著重介紹靜電感應(yīng)現(xiàn)象和庫侖定律． 本節(jié)教材的特點(diǎn)如下： 1．基本概念多且基礎(chǔ)性強(qiáng)，是整章甚至整個(gè)電學(xué)部分的基石． 2．實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)．對(duì)于靜電感應(yīng)現(xiàn)象和庫侖定律都需要通過實(shí)驗(yàn)演示引入探究． 3．定性研究和定量討論相結(jié)合． 結(jié)合本節(jié)教材的特點(diǎn)及其地位，現(xiàn)定位本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下： 1．回顧復(fù)習(xí)兩種電荷及其相互作用、摩擦起電． 2．元電荷的了解．

2、 3．了解靜電感應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)． 4．深入理解電荷守恒定律和庫侖定律，并能應(yīng)用定律解決一些具體問題． 本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)定位于對(duì)靜電感應(yīng)現(xiàn)象和庫侖定律的理解上． 本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)定位于對(duì)物體帶電的實(shí)質(zhì)以及電荷守恒的理解上． 在本節(jié)的教學(xué)過程中，采用層層遞進(jìn)、由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)、由表入里的思路認(rèn)識(shí)現(xiàn)象、理解規(guī)律，使學(xué)生通過嚴(yán)密的邏輯推理，主動(dòng)積極地探究知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，充分發(fā)揮大家的主觀能動(dòng)性． 本節(jié)的教學(xué)程序如下： 回顧引入→問題提出→探究猜想→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→規(guī)律總結(jié)→教師點(diǎn)撥→拓展應(yīng)用→知識(shí)小結(jié)． 教學(xué)目標(biāo) 一、知

3、識(shí)目標(biāo) 1．知道摩擦起電和感應(yīng)起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正負(fù)電荷分開． 2．知道電荷守恒定律． 3．知道什么是元電荷． 4．掌握庫侖定律，要求知道點(diǎn)電荷的概念，理解庫侖定律的含義及其公式表達(dá)，知道靜電力常量，會(huì)用庫侖定律的公式進(jìn)行運(yùn)算． 二、能力目標(biāo) 1．通過實(shí)驗(yàn)觀察培養(yǎng)大家觀察和分析問題的能力． 2．通過知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系學(xué)習(xí)，培養(yǎng)大家的邏輯推理能力、分析歸納能力． 三、德育目標(biāo) 1．正、負(fù)電荷及電荷守恒定律的學(xué)習(xí)滲透客觀事物對(duì)立統(tǒng)一的觀點(diǎn)及守恒的思想升華． 2．庫侖定律的得出使學(xué)生體會(huì)

4、抓住主要因素、忽略次要因素是物理學(xué)中研究問題的常用科學(xué)方法． 教學(xué)重點(diǎn) 庫侖定律，靜電感應(yīng)． 教學(xué)難點(diǎn) 電荷的守恒，物體帶電的實(shí)質(zhì)． 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)歸納法、問題解決法、互動(dòng)探究法． 教學(xué)用具 枕形導(dǎo)體兩個(gè)，帶電的球形導(dǎo)體(均帶絕緣柄)多個(gè)，驗(yàn)電器、絲線、鐵架臺(tái)、投影儀、投影片、CAI課件 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)過程 [投影本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)法指導(dǎo)] (一)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．知道自然界只有兩種電荷． 2．知道事實(shí)表明電荷守恒． (1)知道一個(gè)電子或離子的電荷量e叫做元電荷． (2)知道

5、使物體帶電就是使物體中的正、負(fù)電荷分離． 3．掌握真空中的庫侖定律． (1)知道點(diǎn)電荷概念． (2)知道庫侖定律的文字表述． (3)會(huì)用庫侖定律求解和判斷點(diǎn)電荷靜電力的大小和方向． (二)學(xué)法指導(dǎo) 1．用實(shí)驗(yàn)探究法去了解靜電感應(yīng)現(xiàn)象和理解(定性)庫侖定律． 2．對(duì)比歸納法理解電荷守恒定律． [學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程] 一、復(fù)習(xí)引入 1．請(qǐng)大家回顧以下知識(shí)點(diǎn)： ①怎樣就說明一個(gè)物體帶電了? ②我們已知的使物體帶電的方法有哪些? ③自然界中有幾種電荷? ④大家所述帶

6、電方法稱之為摩擦起電對(duì)嗎? [學(xué)生活動(dòng)] 回顧解答,教師適當(dāng)激勵(lì)點(diǎn)撥 [引入]我們已經(jīng)知道可以通過摩擦起電的方法使物體帶電，那是否還有別的方法可以使物體帶電呢?帶電的實(shí)質(zhì)是什么?起電的過程又遵循什么樣的規(guī)律呢?本節(jié)課來學(xué)習(xí)． [板書]電荷庫侖定律 二、新課教學(xué) (一)電荷守恒定律 [介紹驗(yàn)電器] 1．檢驗(yàn)物體帶電的儀器(判斷方法：使物體與驗(yàn)電器接觸、箔片張開說明物體帶電，不張開說明物體不帶電．原理：兩箔片帶同性電荷，排斥作用)． 2．判定物體帶電的電性． 若原來驗(yàn)電器已由于帶電張開一定角度,把與

7、之帶同種電荷的物體接觸驗(yàn)電器，箔片張角變大，異種電荷則箔片張角變小(甚至閉合后再?gòu)堥_)．其中的原理是同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． [演示實(shí)驗(yàn)] 取一對(duì)用絕緣支柱支持的金屬導(dǎo)體A和B，使它們相互接觸，且導(dǎo)體A和B的下邊都有一對(duì)金屬箔片． 把一帶正電的導(dǎo)體球C移近導(dǎo)體A，觀察A和B上箔片張角的變化． [學(xué)生活動(dòng)] 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象． [抽查學(xué)生描述現(xiàn)象] 開始時(shí)箔片閉合，把導(dǎo)體C移近后箔片張開，說明A、B都帶上了電． [設(shè)疑]請(qǐng)同學(xué)們思考A、B、C三個(gè)導(dǎo)體所帶電的電性關(guān)系．如何驗(yàn)證你的結(jié)論? [學(xué)生探究活動(dòng)1] 結(jié)合驗(yàn)電

8、器的特點(diǎn)及已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)獨(dú)立思考，提出驗(yàn)證方法． [學(xué)生探究活動(dòng)2] 小組互動(dòng)探究，統(tǒng)一方法． [抽查學(xué)生敘述本組方法并實(shí)踐驗(yàn)證] [教師點(diǎn)撥拓展方法] (1)取一帶正電的驗(yàn)電器，用A和B分別與之接觸，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體A使驗(yàn)電器張角變小，表明它帶負(fù)電，導(dǎo)體B使驗(yàn)電器的箔片張角變大，表明它帶正電． (2)可以用和絲綢摩擦過的玻璃棒分別接觸A和B，通過觀察張角變化即可判定A、B的 帶電電性(變大帶正電，變小帶負(fù)電)． [師生互動(dòng)歸納] 結(jié)合同學(xué)們的猜想并實(shí)踐可知： (1)A帶負(fù)電 (2)B帶負(fù)電 (3)A、B、C三

9、者電性關(guān)系為CA相反、CB相同、AB相反． [引申思考] 請(qǐng)大家來判定A、B所帶電的電荷量關(guān)系． [學(xué)生探究活動(dòng)1] 結(jié)合自身實(shí)際，提出猜想． [學(xué)生探究活動(dòng)2] 小組討論，確定統(tǒng)一猜想并實(shí)踐驗(yàn)證． [抽查代表描述驗(yàn)證方法及結(jié)論] [教師點(diǎn)撥歸納] 1．驗(yàn)證方法：把C移走，A和B箔片仍張開，把A、B接觸，觀察A、B的張角變化即可判定A、B所帶電荷量的關(guān)系(可能情況：某箔片張角先變小至閉合后再?gòu)堥_，說明它所帶電荷量不相同，若都閉合則說明帶電荷量相同)． 2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接觸后A、B箔片均閉合．

10、 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：A、B帶電荷量相等． [師生互動(dòng)歸納] 1．這種把電荷移近不帶電的導(dǎo)體而使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)現(xiàn)象． 2．利用靜電感應(yīng)使物體帶電叫感應(yīng)起電． [類比探究] 請(qǐng)大家分析摩擦起電和感應(yīng)起電的異同之處是什么． [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合分析提示討論歸納． [抽查激勵(lì)評(píng)價(jià)] [教師點(diǎn)撥拓展]CAI課件模擬 1．摩擦起電使物體中的自由電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 2．感應(yīng)起電使自由電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分． 3．兩種起電方式使兩物體或一個(gè)物體的兩部分帶等量

11、的異種電荷． 附：分析提示． ①物體中的自由電荷是自由電子 ②物體失去電子使物體帶正電,得到電子的物體帶負(fù)電 [師生互動(dòng)歸納] 電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，這個(gè)結(jié)論就是電荷守恒定律． [教師強(qiáng)調(diào)] 能量守恒→電荷守恒→自然界中守恒的思想． [設(shè)問過渡] 物體的帶電荷量可多可少，實(shí)驗(yàn)證明，物體所帶的電荷量并不是各種隨便可能的數(shù)值，它有一個(gè)規(guī)律．那是什么規(guī)律呢? [學(xué)生探究活動(dòng)] 閱讀課本思考?xì)w納、發(fā)現(xiàn)特點(diǎn) [教師抽查展示] [投影相關(guān)知識(shí)點(diǎn)]

12、 (1)元電荷是電荷量的最小單位，即一個(gè)電子或質(zhì)子所帶的電荷量． (2)元電荷量e=1.60×10-19C． (3)任何一個(gè)物體所帶的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍． (4)電子的電荷量e和電子質(zhì)量m的比叫電子的比荷，即=1.76×1011C/kg [實(shí)例分析] 有一個(gè)物體帶5.0×10-18C的電荷量，可能嗎? [學(xué)生活動(dòng)] 解析：=31.25． 非整數(shù)說明這個(gè)電荷量值不存在． (二)庫侖定律 [引出問題] 我們都知道這樣一個(gè)規(guī)律,同種電荷有相互排斥的作用力，異種電荷有相互吸引的作用力，那么電荷間的相互作用力大小跟什么因素

13、有關(guān)呢?接下來討論探究． [學(xué)生探究活動(dòng)設(shè)計(jì)] 要求同學(xué)猜想電荷間的相互作用力跟什么因素有關(guān)． [猜想結(jié)果] 如：大小、形狀、電荷量大小、相互距離、質(zhì)量等． [學(xué)法指導(dǎo)] 控制變量法： 要想看跟哪個(gè)因素有關(guān)，先控制其他因素不變． [學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)] 結(jié)合自己的猜想實(shí)驗(yàn)論證，分組進(jìn)行(每組探究一種因素)． [教師點(diǎn)撥歸納結(jié)論] 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電荷間的相互作用力只跟帶電體所帶的電荷量及它們之間的距離有關(guān)。 [引申]那么作用力同電荷量及距離的關(guān)系到底怎樣呢?接下來我們通過實(shí)驗(yàn)定性探究。

14、 [演示實(shí)驗(yàn)一] 把一帶正電的球A放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，用絲線懸掛一帶正電的小球B于鐵架臺(tái)上．移動(dòng)球A，觀察小球懸線偏離豎直方向的夾角隨A、B間距變化的變化情況． [演示實(shí)驗(yàn)二] 保持距離不變，用不同帶電荷量的球A實(shí)驗(yàn)，觀察小球B的懸線偏離豎直方向的角度隨電荷量變化而變化的情況． [實(shí)驗(yàn)思考] 懸線偏離豎直方向的夾角與A、B之間的作用力大小有什么關(guān)系? [學(xué)生歸納] 懸線偏離豎直方向的夾角越大證明二者的相互作用力越大；反之則越小。 [學(xué)生活動(dòng)] 現(xiàn)象歸納： ①兩電荷之間的作用力隨它們之間

15、距離的增大而減小，隨距離的減小而增大。 ②兩電荷問的相互作用力隨電荷量的增大而增大；隨電荷量的減小而減小。 [物理學(xué)史簡(jiǎn)介] 早在我國(guó)東漢時(shí)期已經(jīng)掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律． 兩千年后的法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^實(shí)驗(yàn)定量地研究了電荷之間的相互作用規(guī)律． [錄像資料] ①庫侖介紹 ②庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn) [投影庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論] 真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比． 公式：F=k [深入理解] [學(xué)生探究活動(dòng)] 閱讀課文

16、中的庫侖定律部分了解定律． [投影]關(guān)于庫侖定律． ①庫侖定律的適用條件． ②庫侖定律公式中的k是什么量? ③庫侖定律所反映的作用力是否遵從牛頓第三定律呢? ④點(diǎn)電荷是理想模型嗎?什么情況下帶電體可以看作點(diǎn)電荷? ⑤庫侖力與靜電力． ⑥電荷之間相互作用力的方向如何呢? [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合上述問題再次閱讀思考并回答問題． [教師激勵(lì)評(píng)價(jià),點(diǎn)撥歸納] 1．庫侖定律反映了庫侖力(或叫靜電力)的大小表達(dá)式及方向關(guān)系(F=k，方向?yàn)槎哌B線再加上排斥或吸引的特點(diǎn)確定)． 2．電荷之間的

17、相互作用遵從牛頓第三定律． 3．類比得到什么是點(diǎn)電荷． (1)點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)一樣，是一個(gè)理想化的物理模型． (2)只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽略,帶電體就可以當(dāng)作是點(diǎn)電荷． 4．庫侖定律的適用條件 (1)真空、點(diǎn)電荷 (2)一般情況下，在空氣中也近似適用 5．關(guān)于靜電力常量^ 靜電力常量k的物理意義在數(shù)值上等于兩個(gè)帶有單位電荷量的點(diǎn)電荷在真空中相距單位距離時(shí)的庫侖力． 學(xué)生代人數(shù)值 Q1=Q2=1 C,r=l m得F=9×109 N (三)拓展應(yīng)用 1．F=k

18、中Q1Q2是否帶正負(fù)號(hào)? (不,帶電荷量的絕對(duì)值,因通過F=k僅是計(jì)算F的大小) [例題]試比較電子和質(zhì)子間的靜電力和萬有引力．已知電子的質(zhì)量m1=9.1×10-31 kg，質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.67×10-27kg． 在實(shí)物投影儀上展示學(xué)生的求解過程． 解：電子和質(zhì)子間的靜電力為： F=k 它們之間的萬有引力為 F2=G 所以=2.3×1039． [思考] 1．從例題中得到，在研究帶電粒子間的相互作用時(shí)，萬有引力可忽略不計(jì)． 2．如何求解帶電體間靜電力的大小和方向? [方法]

19、任一帶電體均可看成由許多點(diǎn)電荷組成，如果清楚帶電體的電荷分布，依據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則即可求得． [思想教育] 庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次方反比規(guī)律，但人們至今還不能說明它們的這種相似性，物理學(xué)家還在繼續(xù)研究，希望大家學(xué)有所成，以后在這方面的研究有所突破． 三、小結(jié) 1．大家結(jié)合板書自結(jié)． 2．對(duì)照學(xué)習(xí)目標(biāo)檢查學(xué)習(xí)情況． 3．[投影]示范小結(jié)． 四、作業(yè) 1．復(fù)習(xí)本節(jié)知識(shí)內(nèi)容． 2．扭秤原理方法綜述(庫侖、卡文迪許)． 3．練習(xí)一 4習(xí)題A組1 B組1． 4．預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容． 五、板書設(shè)計(jì) 六

20、、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1．把兩個(gè)完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來帶電情況不可能是( ) A．原來的其中一個(gè)帶電 B．兩個(gè)小球原來分別帶等量異種電荷 C．兩個(gè)小球原來分別帶同種電荷 D．兩個(gè)小球原來分別帶不等量異種電荷 2．關(guān)于點(diǎn)電荷的概念，下列說法正確的是( ) A．當(dāng)兩個(gè)帶電體的形狀對(duì)它們之間相互作用力的影響可忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看作點(diǎn)電荷 B．只有體積很小的帶電體才能看作點(diǎn)電荷 C．體積很大的帶電體一定不能看作點(diǎn)電荷 D．對(duì)于任何帶電球體，總可把它看作電荷全部集

21、中在球心的點(diǎn)電荷 3．a(chǎn)、b兩個(gè)同性點(diǎn)電荷的距離保持恒定,當(dāng)另有一個(gè)異性電荷移近時(shí)，a、b之間的庫侖斥力將( ) A．變小 B．變大 C．不變 D．不能確定 4．如圖所示,有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C位于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，已知A、B都帶正電荷,A所受B、C兩個(gè)電荷的靜電力的合力如圖中FA所示．那么可以判定點(diǎn)電荷C所帶電荷的電性為 ( ) A．一定是正電 B．一定是負(fù)電 C．可能是正電．也可能是負(fù)電 D．無法判斷 5．將兩個(gè)半徑極小的帶電小球(可視為點(diǎn)電荷)，置于一個(gè)絕緣的光滑水平

22、面上,從靜止開始釋放．那么下列敘述中正確的是(忽略兩球間的萬有引力作用)( ) A.它們的加速度一定在同一直線上,而且方向可能相同 B．它們的加速度可能為零 C．它們的加速度方向一定相反 D．它們加速度的大小一定越來越小 6．兩個(gè)電荷量大小相等的點(diǎn)電荷，在真空中相距1 m時(shí)，相互吸引力為0.1 N，則它們的電荷量分別是Q1=______C，Q2=________C．將它們相碰一下再放到相距1 m遠(yuǎn)處,它們的相互作用力為__________． 7．兩個(gè)完全相同的帶電小球，質(zhì)量均為m且?guī)в械攘客N電荷,用兩根長(zhǎng)度相同的絕緣細(xì)線懸掛于

23、同一點(diǎn)(如圖所示),靜止后兩條細(xì)線張角為2θ.若細(xì)線長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩個(gè)小球所帶電荷量大小均為__________，懸線張力大小為_________． 8．真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷,其中q1=5×10-3C；q2=-5×10-2C，它們相距15cm．現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷，各自放在何處才能使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于靜止?fàn)顟B(tài)? 9．A、B、C是三個(gè)完全相同，帶有絕緣棒的金屬小球，已知其中一個(gè)帶電，如果A球先后與B、C球相接觸，再把A、C球放在距離為r的兩位置上，測(cè)得它們之間的庫侖力為F1；設(shè)法使三個(gè)球恢復(fù)初始狀態(tài)，然后用C球先后和B、A球相接觸，再把A、C球放在距離為r的兩位置上，此時(shí)兩球間的庫

24、侖力僅為F1/4．因此可判斷原先哪個(gè)球帶有電荷? [參考答案] 1．B 2．A 3．C 4．B 5．C 6．3.3×10-6 3.3×10-6 O 7． mg/cosθ 8．根據(jù)題意，q1，q2為異種電荷，它們之間的相互作用力為引力，分別為F21、F12．若使q1、q2平衡，則第三個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)第一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力F31，方向應(yīng)向左，對(duì)第二個(gè)電荷的作用力F12應(yīng)向右，再根據(jù)F=k，可知第三個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)放在q1與q2的連線上位于電荷量小的電荷q1的左側(cè)．若使三個(gè)點(diǎn)電荷均處于靜止?fàn)顟B(tài),那么每個(gè)點(diǎn)電荷所受的合外力均為零,即對(duì)第一個(gè)電荷F31=F21,對(duì)第二個(gè)電荷F12=F32,對(duì)第三個(gè)電荷F13=F23．設(shè)第三個(gè)電荷與q1相距x cm,根據(jù)平衡條件 對(duì)q1:k ① (r為q1、q2間的距離) 對(duì)q2:k ② 對(duì)q3：k ③ 由①②③解出x=15 cm，且第三個(gè)電荷應(yīng)帶負(fù)電． 9．解：假定原先A球帶有電荷，設(shè)電荷量為q F1=k,F2=k,F2=4F1≠ 所以不可能A球帶有電荷． 假定原先C球帶有電荷，設(shè)電荷量為q，因?yàn)槿齻€(gè)球完全相同，因此，兩兩接觸后，電荷平均分配．F1=k；F2= 所以原先帶有電荷的是C球．