《库仑定律》教学案例及改进
一、教学设计
教学课题 第二节 库仑定律 课型：新授课 目 标 1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念 2．理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量 3．会用库仑定律的公式实行相关的计算 4．通过观察演示实验，概括出两种电荷间的作用规律。培养学生观察、概括水平。 教 学 重 点 教 学 难 点 教学方法 掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律。 库仑定律的实际应用。 实验归纳法、讲授法 板 书 设 计 教 具 有绝缘支架的小球、细线、小球、验电器 一、库仑定律 1．演示实验 2．与电荷间相互作用力相关的因素： 3．库仑定律：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，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上 大小：FkQ1Q2 r2方向：同性相斥，异性相吸 适用条件： a.真空，通常在干燥的空气中也适用。 b.静止的点电荷 问题设计 授课内容 双边活动 时间分配 电荷间相互作用力的大小跟什么相关，存有怎样的规律？ 在这个实验中观察到什么现象？由此能够得到什么样的结论？ （一）引入新课 上节课我们学习了电荷及电荷守恒定律，了解了物质内部的微观结构，掌握了物体带电的实质。通过静电感应现象知道电荷间存有相互作用力。那么电荷间相互作用力的大小跟什么相关，存有怎样的规律？这节课我们就来深入学习这方面的知识。 （二）实行新课 一、库仑定律 1．演示实验 演示：用与丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次使球带正电，再用丝线将小球悬于铁架台上，使较大的球靠近，小球放在不同位置。如图所示。 教师演示，学生观察 学生观察实验现象，思考并回答问题。 现象：位置不同，偏角不同，且距离越近，偏角越大。 结论：偏角越大，说明小球所受电力越大，即两球距离越大，电力越大。 演示：将较大球放在同一位置，增大或减小其所带电量。现象：带电量越大，偏角越大。 3′ 5′ 问题设计 库仑定律中的“点电荷”应该怎样理解？是不是带电体的体积充足小，就能够看成点电荷？ 在你学过的物理概念中，哪一个概念与“点电荷”类似？ 库仑扭秤的结构是怎样的？库仑是怎样研究电荷间作用力大小的？ 写出库仑定律的数学表达式，并指明公式中各符号的意义。 库仑定律的适用条件是什么？静电力常量的数值是多少？ 库仑定律的公式与我们前面学的那一个定律的公式相似？ 授课内容 双边活动 时间分配 3′ 6′ 8′ 教师引导学生分析前面的现2．与电荷间相互作用力相关的因素： 象，总结得出与电a.两电荷间距离：距离越近，电荷间相互作荷间相互作用力相关的因素。 用力越大。 b.两电荷电荷量：电荷量越大，电荷间相互 作用力越大。 3．库仑定律 库仑定律：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，与它们的距离的二次方成反比， 作用力的方向在它们的连线上。 引导学生阅电荷间的相互作用力叫做静电力或库读教材第7页第二仑力。 段，思考并回答以（1）点电荷：当带电体的线度比起相下问题： 互作用的距离小很多时，带电体可视为点学生活动：阅电荷。并不是带电体的体积充足小，就能读教材，思考并回够看成点电荷。 答问题 教师总结 （2）点电荷，是一种理想模型。与前教师指导学面学过的“质点”的概念类似。 生阅读教材相关4．库仑的实验 内容，让学生了解（1）库仑定律的公式 库仑的实验过程，体会实验构思的Q1Q2Fk2巧妙，实验器材r 大小： （库仑扭秤，多媒式中，F、Q1、Q2、r均取国际单位，体展示）的设计，规律的推导过程由实验测得： 等。 922k=9.0×10N·m/C。 学生活动：阅读教材，思考并回答问题。 结论：带电量越大，电力越大。 问题设计 怎样计算氢原子中电子和质子间的静电引力和万有引力 授课内容 双边活动 教师归纳总结 教师引导学生分析题目 时间分配 5′ 2 .31023 （2）适用条件：a.真空，通常在干燥的空气中也适用。 b.静止的点电荷 （3）应用库仑定律解题时应注意（投影出示） a.先看所给题中是否满足真空（或干燥空气）中点电荷的适用条件. b.大小：F=kQ1Q2，Q1、Q2仅带电荷量的2r绝对值，各物理量均取国际制单位。 c.方向：同性相斥，异性相吸。 ［例题1］试比较氢原子中电子和质子间的静电引力和万有引力的大小。已知电子的质量m1=9.1×10-31kg，质子的质量m2=1.67×10-27 kg，电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C，电子与质子间的最短距离为5.3×10-11m。 解：电子和质子的静电力F1和万有引力F2分别是 F1=kQ1Q2m1m2 ，F=G 2r2r2F1kQ1Q29.01091.6010191.601019F2Gm1m26.6710119.110311.671027［指出］从例题中看出，电子和质子的静电引力F1是它们间万有引力F2的2.3×1039倍.正因为如此，以后在研究带电微粒间相互作用时，经常忽略万有引力. 库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律，人们至今还不能说明它们的这种相似性，物理学家还在继续研究.希望大家能学有所成，以后在这方面的研究有所突破. 库仑定律是电磁学的基本定律之一。任一带电体均可看成由很多点电荷组成，如果 问题设计 授课内容 双边活动 教师引导学生分析教材例2，体会应用库仑定律和平行四边形定则计算库仑力 时间分配 6′ 如何求出带电体间的静电力的大小和方向？ 清楚带电体的电荷分布，依据库仑定律和平行四边形定则即可求得。 例2解：如图所示，每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，只求出其中一个点电荷受的库仑力即可。 以q3为研究对象，共受到F1和F2的作用，q1=q2=q3=q，相互间的距离r 都相同。 q2F1F2k20.144N r根据平行四边形定则，合力 F2F1cos300.25N 作业与练习 1． 问题与练习：3、4、5 2． 完成成才之路相关练习 课后小节：本节课主要讨论了：库仑定律的理解及应用；库伦扭秤试验。 课后小结
二、对本节教学的改进建议
（一）对演示实验的改进
因为孤立带电物体和悬挂小球的带电量很少，再加上空 改进理由：
气潮湿的影响，放电较快，小球单线悬挂稳定度不够等因素，此演示实验成功率很低。可实行以下改进：
1、在悬挂点再挂一竖直线用以体现偏角的大小，观察效果更明显 2、悬挂小球改为悬挂导电小纸片。经过多次选择不同材料试验比较，使用导电小纸片的效果最理想。
3、改变悬挂方式有两根等长约40厘米红色细线成一定夹角将纸片悬挂在支架上，取代单线，以此来避免演示时晃动，扭转，确保偏离时的稳定。
4、电荷改由感应起电机提供。直接有感应起电机的一个小球充当带电物体，最大限度的增加带电体的电量。
5、可将孤立带电物体O也悬挂，改变其带电量以判断作用力的大小与其带电量也相关。
6、可换为异种电荷进一步实验。
（二）做好类比是关键
万有引力与库仑力都遵循“平方反比”关系，表达形式也十分相似，但都很难通过实验定量研究。为此库仑定律的教学可在万有引力定律教学的基础上做好类比教学是关键。
1、定律内容的类比：
万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。
库仑定律：真空中的两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
2、使用条件的类比：万有引力定律适用于质点；库仑定律适用于真空中的点电荷
3、模型的类比：质点与点电荷
4、表达式的类比：万有引力表达式 ;库仑力表达式
5、 常量测量的类比：万有引力常量G是通过卡文迪许扭秤实验测得；静电力常量K是通过库仑扭秤实验测得 （三）注意万有引力定律与库仑定律的区别：
首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力。其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，所以在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存有，但相比之下非常小，所以可忽略不计。
