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库仑定律
一、教学目标
（一）知识目标
1、知道两种电荷,知道正负电荷的规定,知道电荷以及单位;
2、定性了解两种电荷之间的作用规律;
3、掌握库仑定律的内容及其应用;(二)能力目标
1、通过对演示实验的观察概括出两种电荷之间的作用规律,培养学生观察、总结的能力;
2、知道人类对电荷间相互作用认识的历史过程,理解电荷的物理模型.(三)情感目标
渗透物理方法的教育,运用理想化模型的研究方法,突出主要因素、忽略次要因素,抽象出物理模型——点电荷,研究真空中静止点电荷互相作用力问题.二、重点难点分析
（一）重点
1．对库仑定律的理解。
（二）难点
1．对电荷这一抽象概念的理解； 2．对库仑定律发现过程的探讨。
（三）突破重、难点的方法
1．讲清库仑定律及适用条件，说明库仑力符合力的特征，遵守牛顿第三定律。
2．为定性演示库仑定律，应使带电小球表面光滑，防止尖端放电，支架应选绝缘性能好的，空气要干燥。
3．说清K的单位由公式中各量单位确定，其数值则由实验确定。
三、教学方法
演示实验、分组探究实验、老师和学生共同探究实验、讨论、多媒体辅助。
四、教学过程
（一）新课引入
教师：上节课我们学习了电荷及其守恒定律，并且知道电荷间存在着相互的作用力，那么电荷间相互作用力的大小和什么有关，有什么样的规律？这节课我们就来深入学习这方面的内容。
（二）新课教学 创设类科学物理情景，结合物理学史，探究库仑定律，培养学生猜测与假设、制订计划的能力，体会科学研究方法（库仑扭称实验）与物理思想（均分思想）对科学研究的重要价值
1、通过实验，定性研究电荷间作用力的决定因素 〖情 景〗 电荷间有作用力已经被实验所证实，如：验电器上同种电荷排斥使箔片张开，正电荷靠近导体吸引自由电子而使导体感应起电等等。
〖问 题〗 这种电力能使箔片张开，能使自由电子移动，那么这种力到底是强还是弱呢？首先让我们来感知这种力的强弱。
〖实 验〗 学生拿一个带绝缘柄的金属球去接触起电机的金属球，学生没感觉。
〖分 析〗 说明这种力很小或很弱。
〖问 题〗 怎样设计实验来“感知”这种弱力呢？
〖材 料〗
1、直接用弹簧秤来测量；
2、单摆做小角度摆动时，回复力很小F=mgsinθ，可以通过观察角度来判断回复力的大小。
〖分 析〗 能使弹簧形变的力，人一般都可以感觉，因此1不可行。可以用2的装置，但当力F水平时，F=mgtgθ，mg不变时，可以通过感知θ角度来感知F。
〖设 计〗 细线吊一个小球A（带电），另一个带同种电的小球B靠近A，A球受力平衡时，细线偏离竖直方向一个角度θ，如果B对A的力是水平的，则
F电=mgtgθ，如果θ越大，则F电越大，这样可以通过θ的变化来判断F电的变化。
〖问 题〗 这种电力的大小由哪些因素来决定呢？ 〖材 料〗 特殊化分析：
1、两个物体带电才有电力作用，不带电就无从谈电力；
2、带电体靠近导体时，会出现静电感应现象，远离时现象不明显或没有静电感应现象。〖猜 想〗 电荷间的相互作用力与电荷电量的多少有关（电量越大，力越大）；还与电荷间的距离有关（距离越近，力越大）。
〖实 验〗 控制变量方法进行探索：
1、Q1、Q2不变，改变r：r越小F越大；
2、Q1、r不变，改变Q2：Q2越大，F越大；
3、Q2、r不变，改变Q1：Q1越大，F越大（根据对称性，2或3做一次即可）。〖分 析〗
1、Q越大，F越大：把Q1看成n个元电荷，每一元电荷都要受到Q2的作用，n个元电荷受力的合力既为Q1受到的力。Q1越大，元电荷越多，合力会越大。
2、倍数关系：假设Q1集中在一个点上，则每个元电荷受力完全相同，Q1受力既为任意元电荷受力的整数倍：F正比与Q1，若Q2也集中与一点，同理可得F正比与Q2。
3、点电荷：我们把集中在一个点的电荷叫点电荷，它是一个理想化模型，实际的点电荷不存在，但是如果物体的形状和大小对力的影响很小，可以忽略不计时，可以近似为点电荷。
2、结合物理学史，定量得出库仑定律
〖问 题〗 点电荷间的作用力会与距离有怎样的定量关系呢？
〖猜 想〗 不成正比关系，而成反比关系？
〖实 验〗 实验思想：
1、放大思想：力很小，但力矩可以较大（阿基米德：给我一个支点，我将翘起地球）；
2、转化思想：电力力矩与扭转力矩相等，扭转力矩正比于金属丝扭转角，则力也正比于角度，通过测定角度倍数关系即可得到力的倍数关系（避其锋芒，巧妙迂回）；
3、均分思想：带电为Q的金属小球与完全相同的不带电金属小球相碰分开，每小球带电Q/2，同理可得Q/
4、Q/
8、Q/16等等电量的倍数关系（完全相同的小球具有对称性）。
实验结果：
1、Q/2—Q/2：F；Q/2—Q/4：F/2，则F与Q成正比；
2、两电荷相距为r时：F；两电荷相距2r时：F/4，则F与r2成反比。
〖归 纳〗 法国物理学家库仑在艰苦的条件下（1、电荷间的力很小；
2、不清楚物体带电量多少等），利用巧妙的装置和方法，在1785年发现了下述规律：真空中两个点电荷间的作用力大小与两电荷量的乘积成正比，与电荷间的距离平方成反比；方向在它们的连线上。这个规律叫做库仑定律。电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力。
〖统 一〗
1、单位统一：力（N）、电量（C）、距离（m），则在真空中测得F与Q1Q2/r2的比例系数为k=9.0×109N〃m2/C2，这个常量叫做静电力常量。
2、条件统一：（1）真空（在干燥的空气中近似成立）；（2）点电荷（当带电体间距离远大于它们的大小，以至于它们的大小和形状对力的影响可以忽略不计时，近似成立）。
3、应用统一：（1）先用电量的绝对值代入计算，在确定力的方向（排斥或吸引）；
（2）任意带电体可以看成是由许多点电荷组成的，所以，知道带电体上的电荷分布，根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的大小和方向。
(三)课堂小结 总结本堂课所学的知识内容及研究方法。
知识方面：
1、点电荷是理想模型.2、库仑定律的应用：（1）适用条件：真空中两个点电荷（2）用公式计算两个点电荷之间的作用力的大小，再根据同性相斥，异性相吸来确定方向（3）注意统一单位
3、力的独立作用原理与力的合成。
科学实验研究方法：
1、控制变量法。
2、将不易测量的物理量转移为易为测量的物理量。
3、将测量的物理量放大的方法。学生自主总结 自主提升
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：介绍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物体之间的库仑力。
（四）课堂训练:
1、下列说法中正确的是：（AD）
A.点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是 不存在的．
B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体 C.根据 可知，当r趋近于0 时,F趋近于∞
D.一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研
究的问题的影响是否可以忽略不计．
2、两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置，当他们都带1.5×10−5 C的正电时，相互作用力为F1，当它们分别带+1.5×10−5 C和−1.5×10−5 C的电量时，相互作用力为F2 , 则（）
A．F1 = F2 B．F1 ＜F2 C．F1 ＞ F2 D．无法判断
3、已知电子的质量m1=9.10×10-31kg，质子的质量m2=1.67×10-27kg，它们之间的距离为5.3×10-11m（结果保留一位有效数值）
（1）它们之间的万有引力？
(2）异种电荷相互吸引质子给电子的的引力为多少？（3）电子给质子的库仑力？
（4）电子绕质子运动的向心力由谁提供？
(5）在电子、质子连线的垂直平分线上放一电子，与质子、电子构成等边三角形，求此时质子受到的合力？ 答案：F引=3.6×10-47N F电=8.2×10-8N F电=8.2×10-8N F合=14.2×10-8N
五、课后反思
〘课余思考〙
⒈ 库仑定律的适用条件是什么？
⒉ 要使两个点电荷之间的静电力变为原来的，可有哪些办法。
〘同步练习〙
⒈真空中保持一定距离的两个点电荷，若其中一个点电荷增加了1/2，但仍然保持它们之间的相互作用力不变，则另一点电荷的电量一定减少了（）
A.1/5 B.1/4 C.1/3 D.1/2
⒉已知点电荷A的电量是B点电荷的2倍，则A对B作用力大小跟B对A作用力大小的比值为（）
A.2:1 B.1:2 C.1:1 D.不一定
图7
⒊如图7所示，用两根绝缘细线挂着两个质量相同的不带电的小球A和B，此时，上、下细线受的力分别为TA、TB，如果使A带正电，B带负电，上、下细线受力分别为T￠A，T￠B，则（）
A.TAT￠BC.TA=T￠AD.TB￠B
⒋真空中有两个大小相等的带电球体，带电量分别为4×10-8C和-8×10-8C，相距为r(r远大于球半径)时，它们之间的静电引力为F，若将两个带电体接触后再分开，仍相距r，它们之间的静电力为_________力（吸引或排斥），静电力大小为F￠=______F。
⒌两个质量都是m的小球，都用细线拴在同一点，两细线长度相等，两球都带上正电荷，但甲球电量比乙球多，平衡时两细线分别与竖直方向夹角为Q1和Q2，则二者相比，Q1_____Q2。
⒍两个点电荷，它们带有同种性质的电荷，所带电量之比为2:5，质量之比为1:2，置于真空中，相距为L，同时释放后，它们加速度之比为________，经过t秒后，它们动量之比为________，它们动能之比为________。显示答案 隐藏答案
[参照答案]
⒈ C⒉ C⒊ BC
⒋ 排斥、、5⒌ =⒍；1:1；2:1
2:1
