高中物理新课标版人教版选修31优秀教案 库仑定律.docx

高中物理新课标版人教版选修31优秀教案 库仑定律.docx

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高中物理新课标版人教版选修31优秀教案库仑定律

2　库仑定律

教学分析　　　　　

本节内容的核心是库仑定律，它是静电学的第一个实验定律，是学习电场强度的基础。

本节的教学内容的主线有两条，第一条为知识层面上的，掌握真空中点电荷之间相互作用的规律即库仑定律；第二条为方法层面上的，即研究多个变量之间关系的方法，间接测量一些不易测量的物理量的方法，及研究物理问题的其他基本方法。

教学目标　　　　　

1．定性了解电荷间的相互作用力规律，掌握库仑定律的内容及其应用。

2．通过观察演示实验，概括出电荷间的作用规律。

培养学生观察、分析、概括能力。

3．体会研究物理问题的一些常用的方法，如：

控制变量法、理想模型法、测量变换法、类比法等。

4．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相互作用力问题。

5．体会科学研究的艰辛，培养学生热爱科学的、探究物理的兴趣。

6．通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。

教学重点难点　　　

1．电荷间相互作用力与距离、电荷量的关系。

2．库仑定律的内容、适用条件及应用。

教学方法与手段　　

1．探究、讲授、讨论、实验归纳

2．演示实验、多媒体课件

教学媒体　　　　　

1．J2367库仑扭秤（投影式）、感应起电机、通草球、绝缘细绳、铁架台、金属导电棒、库仑扭秤挂图等。

2．多媒体课件、实物投影仪、视频片断。

知识准备　　　　　

自然界存在着两种电荷，同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。

[事件1]

教学任务：

创设情境，引入新课

师生活动：

《三国志·吴书》中写道“琥珀不取腐芥”，意思是腐烂潮湿的草不被琥珀吸引。

但是，由于当时社会还没有对电力的需求，加上当时也没有测量电力的精密仪器，因此，人们对电的认识一直停留在定性的水平上。

直到18世纪中叶人们才开始对电进行定量的研究。

现在就让我们踏着科学家的足迹去研究电荷之间的相互力。

演示实验：

首先转动感应起电机起电，然后利用带电的物体吸引轻小物体的性质使通草球与感应起电机的一端相接触，通草球带同种电荷后弹开，最后改变二者之间的距离观察有什么现象产生？

（注意：

观察细线的偏角）

猜想：

电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关？

可能因素：

距离、电荷量及其他因素。

[事件2]

教学任务：

设计方案　定性探究

师生活动：

Ⅰ：

定性探究一：

探究F与r之间的定性关系　（学生讨论设计实验方案）

为了探究F与r之间的定性关系，对其他因素（如：

电荷量、带电体的形状）我们应该如何处理？

只改变r的大小，保持其他条件不变。

（让学生回忆起控制变量法）

[实验设计方案]

实验器材：

如图所示。

其中A、B是两个直径为1.5cm泡沫小球，小球的外层均匀涂有墨水，使之可以通过接触带电，A球用长为60cm左右的绝缘棉线悬挂于铁架台上。

实验操作：

使A、B两球带上同种电荷，发现B球离A球越近，A球偏离竖直方向就越大（实验中最好保持两球在同一水平面上）。

现象说明：

大家是如何判断小球A所受的库仑力F大小的变化的？

（通过偏离竖直方向的角度θ的大小，角度θ越大A所受的库仑力就越大。

）

偏转角θ与小球A所受的库仑力F的大小关系如何？

（F＝mgtanθ）

特别提醒：

由于在这里我们没法直接测量出力F的大小，而是通过偏转角θ的变化来判断F的变化这种方法就是测量变换法（间接测量法）。

实验结论：

电荷量不变时，改变带电体间距离r，两电荷间的作用力F随距离r的减小而增大。

Ⅱ：

定性探究二：

F与q之间的定性关系　（学生讨论设计实验方案）

只改变q的大小，保持其他条件不变。

[实验设计方案]

实验器材：

将两个直径为1.5cm、外层均匀涂有墨水的泡沫小球，用长为60cm左右的细导线连起来，然后用绝缘棉线悬挂于铁架台上。

再将导线接到手摇静电感应器的一个小球上。

实验操作：

摇动手柄，使A、B两球带上等量的同种电荷，发现手摇得越快，两球间的距离越大，即偏角越大。

特别提醒：

由于要保持距离不变，通过改变电荷量的大小比较困难，而前面已经得出了F与R的定性关系，这里学生一般能够看出q越大，F就越大。

现象说明：

1．转得越快说明什么？

（转得越快，说明两小球的带电荷量越多。

）

2．两球距离（偏角）越大说明什么？

（两球距离（偏角）越大说明两球间的相互作用力越大。

）

实验结论：

若距离不变，改变电荷量，两电荷间的作用力F随电荷量q的增大而增大。

[事件3]

教学任务：

简要介绍物理学史，初步感受平方反比规律的得出

师生活动：

电荷间的作用力与它们带的电荷量以及距离有关，那么电荷之间相互作用力的大小会不会与万有引力的大小具有相似的形式呢？

简要介绍物理学史：

类比法的成功

1．普利斯特利（1733～1804）：

德国人，氧气的发现者，化学家。

2．富兰克林的空罐实验

用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引。

但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。

当富兰克林写信将这一现象告之普利斯特利后，普氏想到：

1687年牛顿曾证明：

万有引力若服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。

普利斯特利将空罐实验与牛顿推理类比，联想到电力也表现了这种特性，所以也应遵从平方反比定律。

[事件4]

教学任务：

库仑定律的内容

师生活动：

1．定律内容：

真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们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。

2．公式：

F＝k

，其中k为静电力常量，k＝9.0×10－9N·m2/C2。

3．特别说明：

（1）关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看做点电荷。

严格地说点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的。

这里可以引导学生回顾力学中的质点的概念。

容易出现的错误是：

只要体积小就能当点电荷，这一点在教学中应结合实例予以纠正。

（2）要强调说明课本中表述的库仑定律只适用于真空，也可近似地用于气体介质，对其他介质对电荷间库仑力的影响不便向学生多作解释，只能简单地指出：

为了排除其他介质的影响，将实验和定律约束在真空的条件下。

（3）扩展：

任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的。

任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律。

用矢量求和法求合力。

利用微积分计算得：

带电小球可等效看成电荷量都集中在球心上的点电荷。

静电力同样具有力的共性，遵循牛顿第三定律，遵循力的平行四边形定则。

[事件5]

教学任务：

介绍库仑扭秤实验

师生活动：

利用图片加文字说明的形式展现人类对静电力的探究过程。

片段一：

1767年，英国物理学家普利斯特利通过实验发现静电力与万有引力的情况非常相似，为此他首先提出了静电力平方成反比定律猜测。

片段二：

1772年，英国物理学家卡文迪许遵循普利斯特利的思想以实验验证了电力平方反比定律。

片段三：

1785年法国物理学家库仑设计制作了一台精确的扭秤，用扭秤实验证明了同号电荷的斥力遵从平方反比律，用振荡法证明异号电荷的吸引力也遵从平方反比定律。

库仑扭秤实验的验证过程（投影加解说）

（1）结构简介（利用投影显示）。

（2）如何解决力的准确测量？

①操作方法，力矩平衡：

静电力力矩＝金属细丝扭转力矩，F∶θ

②思想方法：

放大、转化

（3）F与r2关系的验证。

①设计思想：

控制变量法——控制Q不变

②结果：

库仑精确地用他的扭秤实验测量了两个带电小球在不同距离下的静电力，证实了自己的猜测。

基本上验证了F与r之间的平方反比关系。

（4）如何解决电荷量测量问题，验证F与Q的关系？

①库仑将两个完全相同的金属小球，一个带电、一个不带电，两者相互接触后电荷量被两球等分，各自带有原有总电荷量的一半。

这样库仑就巧妙地解决了这个问题，用这个方法依次得到了原来电荷量的1/2、1/4、1/16等的电荷，从而顺利地验证得出F∝Q1Q2

②思想方法：

守恒、对称。

[事件6]

教学任务：

库仑定律的应用

例题试比较电子和质子间的静电引力和万有引力。

已知电子的质量m1＝9.10×10－31kg，质子的质量m2＝1.67×10－27kg。

电子和质子的电荷量都是1.60×10－19C。

分析：

这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后，再求解。

解：

电子和质子间的静电引力和万有引力分别是

F1＝k

，F2＝G

，

＝

＝

＝2.3×1039

可以看出，万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：

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很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计。

[事件7]

教学任务：

巩固练习

复习本节课文及阅读科学漫步

参考题

1．真空中有两个相同的带电金属小球A和B，相距为r，带电荷量分别为q和2q，它们之间相互作用力的大小为F。

有一个不带电的金属球C，大小跟A、B相同，当C跟A、B小球各接触一次后拿开，再将A、B间距离变为2r，那么A、B间的作用力的大小可为…（　　）

A．3F/64　　　　　B．0　　　　　　C．3F/82　　　　　　　D．3F/16

2．如图所示，A、B、C三点在一条直线上，各点都有一个点电荷，它们所带电荷量相等。

A、B两处为正电荷，C处为负电荷，且BC＝2AB。

那么A、B、C三个点电荷所受库仑力的大小之比为______。

3．真空中有两个点电荷，分别带电q1＝5×10－3C，q2＝－2×10－2C，它们相距15cm，现引入第三个点电荷，它应带电荷量为______，放在______位置才能使三个点电荷都处于静止状态。

4．把一电荷Q分为电荷量为q和（Q－q）的两部分，使它们相距一定距离，若想使它们有最大的斥力，则q和Q的关系是______。

答案

1．解析：

若A、B同号，F＝k

，F′＝k

＝

F；若A、B异号，F′＝k

＝

F。

A正确。

2．解析：

FA＝k

－k

＝

k

，FB＝k

＋k

＝

k

，FC＝k

－k

＝

k

，

FA∶FB∶FC＝32∶45∶5

3．－2×10－2C，q1q2连线上与q2关于q1对称

4．q＝

特别说明：

1．点电荷是一种理想化的物理模型，这一点应该使学生有明确的认识。

2．通过本书的例题，应该使学生明确地知道，在研究微观带电粒子的相互作用时为什么可以忽略万有引力不计。

3．在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据是同种电荷，还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是斥力。

4．库仑扭秤的实验原理是选学内容，但考虑到库仑定律是基本物理定律，库仑扭秤的实验对检验库仑定律具有重要意义，所以希望教师介绍给学生，可利用模型或挂图来介绍。

2　库仑定律

演示实验―→猜想―→实验

库仑定律―→应用

库仑定律的定量研究

1．实验仪器介绍：

J2367库仑扭秤（投影式）、感应起电机

2．实验采取的研究方法？

控制变量法。

3．如何设计实验？

（1）电荷量一定时，F与r的关系。

（2）r一定时，F与Q1·Q2的关系。

4．实验原理及步骤

本装置采用投影仪进行放大观测，定量演示库仑定律。

根据高斯定律，均匀带电球面在面外各点的电场分布与点电荷的电场分布相同，因此，实验中采用球形带电体作为点电荷的近似模型。

投影式库仑扭秤保留了传统式库仑扭秤的物理思想，在结构设计、观测方法、加工工艺等方面有较大改进，使演示的可见度大。

一、装置结构及技术参数

如图所示，仪器主要由扭摆球、移动球、透明方箱三部分组成。

1．配重；2.调零片；3.游丝；4.摆架；5.摆轴；6.轴承；7.摆杆（一半为绝缘材料，另一半为铝材）；8.指针；9.透明方箱；10.底脚；11.止动旋钮；12.微调零旋钮；13.测力标尺；14.测距标尺；15.移动旋钮；16.A球底座；17.拉板；18.A、B：

带电球

二、操作方法

1．实验准备

（1）投影调焦

把仪器放在投影器上，调节焦距，使测力标尺13和测距标尺14的刻度线都能在银幕上清晰可见。

（2）零点微调

将止动旋钮11旋出，使旋钮前端与指针8相离约5mm，当发现指针与测力标尺的0刻度不重合时，需要零点微调，把微调零旋钮12松开，轻轻移动标尺，使指针准确指零之后，再轻轻拧紧旋钮。

（3）干燥处理

该仪器的使用条件为相对湿度≤80%。

在湿度较大时，需要对仪器进行干燥处理，将拉板17拉开，用热风机向箱内吹热风使箱内干燥（如发现箱内的干燥剂发红时，需事先将干燥剂烘干，使它变成蓝色），之后关上拉板，再用热风机对有机玻璃棒和丝绸进行干燥。

全部干燥处理后立刻进行演示操作。

2．演示步骤

演示1　电荷量一定时，F与r的关系。

（1）将移动旋钮15松开，向右推动旋钮，使A球与B球相靠。

（2）使有机玻璃棒与丝绸摩擦带电。

（3）将拉板拉开，把带电的有机玻璃棒伸入箱内，穿过两球底部，棒的前端微微翘起，离左侧壁1～2cm时，使棒接触两球，向外边拉边转，给球带电。

因两球靠在一起同时带等量电荷。

两球带电后，关闭拉板。

注意：

两球所带电荷量不易过大或过小，大约在r为5～6cm时，F为12～20mm（F）为宜。

（4）成倍数的改变r，分别测出对应的F（移动A球的快慢适当，使摆球有轻微摆动过程到达新的平衡位置）。

实验结果表明，电荷量一定时，F与r2成反比。

演示2　r一定时，F与Q1、Q2的关系。

（1）A、B球带等量同种电荷，带电方法同前。

移动A球，调节r的大小，使F为被4整除的一个整数值，如：

F为12、16、20mm（F）。

F值确定后，记录下r值的大小。

（2）用不带电的放电球接触A球，A球电荷量为Q/2。

移动A球底座，使r的大小保持不变（恢复到记录r值的大小）。

观测并记录F2的大小。

（3）用手触摸A球，然后移动A球与B球相碰，两球各带原来的1/2电荷量，使r的大小不变，测得F3。

从实验中可以看出，r一定时，F与Q1·Q2成正比。

实验完毕后，使两球消电，摆球静止时拧入止动旋钮和拧紧移动旋钮。

注：

本次实验采用东北师范大学生产的“J2367库仑扭秤（投影式）”，它的优点在于方便地读取两球间距离r和作用力F的大小。

大坪镇中学安全工作应急预案

（2012-2013学年度）

为了加强和改进学校安全工作，保障学校师生员工健康、平安地学习、工作、生活，打造平安校园，防范师生安全事故发生，并能快速、及时、妥善处理突发的安全事故，切实有效降低安全事故的危害，依照上级有关要求及有关法律法规，从本校实际出发，特制定本预案。

一、安全事故应急组织机构：

1、安全事故应急领导小组：

总指挥：

何文清

副指挥：

吴新阳李意明

成员：

何楚才朱孝筹田建新教导处和各班主任

后勤保障：

黄泉源

二、安全事故应急预案：

（一）、防火安全预案：

1、防范预案：

（1）、严禁学生将火柴、打火机等火种带入学校。

（2）、严禁学生在教室里使用用电设备等。

（3）、严禁在校园内存放或燃放烟花爆竹。

（4）、严禁在校园内焚烧废纸、树枝、树叶等。

（5）、进行学生自护疏散、消防器材使用及紧急状态时切断电源等学习、演练。

2、应急预案：

（1）、出现火警：

立即组织有效扑救，切断电源、燃气源等火源，防止火势蔓延。

（2）、迅速组织学生从最靠近的安全通道疏散（不得组织学生扑救）。

（3）、在实施第一、第二条款同时，立即向学校领导报告，严重的直接向市局领导报告，必要时拨打119火警电话，以求援助（火警电话必须讲清楚事发地点、所处地域、方位、火情种类等）。

（4）、及时组织对受伤人员进行救治。

（5）、排查事故原因，及时处理并上报。

（二）、用电安全预案：

1、防范预案：

（1）、组织对学生及老师进行用电安全知识辅导。

（2）、教师宿舍内严禁人不在场的情况下使用电炉、电水壶、电热毯等高度危险用电设备。

（3）、师生不得在学校内私自拆、卸电器及开关、插座等。

（4）、学生不得擅自从插座内引出电源接入其它用电器。

（5）、组织学生进行用电安全防范知识学习。

（6）、定期检测学校线路是否正常。

2、应急预案：

（1）、遇有突发性触电事故立即切断电源（包括总电源）。

（2）、遇有紧急情况立即用绝缘棒或非导电棒、棍击打，将触电人员与电源脱离，（不得用手拉触电人员。

）

（3）、对触电受伤人员视情形及时组织自救或他救，必要时拨打１２０急救中心求援。

（4）、及时向安全事故应急领导小组报告，以便组织施救。

（5）、排查事故原因，及时处理上报。

（三）、食品卫生安全预案：

１、防范预案：

（1）、定期组织人员对师生进行食品卫生安全知识辅导。

（2）、教育学生在任何时候,任何场合都不购买和食用三无食品（无生产厂家、无商标、无出厂日期）。

（3）、教育学生养成良好的一日三餐的用餐习惯，不挑食，少吃零食。

2、应急预案：

（1）、发现有呕吐腹胀、腹泻等症状，立即送往医院诊疗。

（2）、一旦发生三人以上同时出现腹胀、腹泻、出疹等症状，立即向安全事故应急领导小组报告，及时采取有效措施，以防意外。

（3）、发生上述第二条款情况，即与学生家长取得联系，以便共同研究对策。

（4）、调查事故原因，及时处理上报，追究责任。

（四）、体育课及活动课安全预案：

1、防范预案：

（1）、要求老师牢固确立安全第一的意识，把学生上课及活动安全放在首要位置。

（2）、体育课、活动课前必须充分做好准备活动，然后才实施活动项目。

（3）、按规定开展学生跳高、长跑等课程项目，事前必须做好防护工作。

（4）、高温时段学生体育课因地制宜，或安排到室内，以防学生中暑。

2、应急预案：

（1）、遇有学生发生晕倒、抽搐等中暑症状或发生其它安全意外时，立即将其送往医院救治。

（2）、遇有学生四肢无力、面色苍白等症状，立即将其安置阴凉通风处，并给予补充水份。

（3）、发生上述第一、第二条款情况立即向学校领导报告。

（4）、分析原因，及时作出处理意见。

（五）、教室课间活动安全预案：

1、防范预案：

（1）、教育学生上、下楼梯靠右行，不得拥挤，不推人。

（2）、学生在教学区，不得在走廊内打闹，不得撞击玻璃栏板或攀爬走廊护栏，以免发生坠楼事故。

（3）、严格禁止学生攀爬教室窗台。

（4）、要求学生在教室活动或打扫卫生时注意安全，不要碰电源插座。

（5）、要求门卫到点锁好大门，落实来人、车辆登记制度。

（6）、定期检查教室内各种设施，及时排除安全隐患。

2、应急预案：

（1）、遇有发生安全伤害事故，伤情严重的立即送往医院诊治。

（2）、一旦发生学生安全严重伤害事故，立即向安全事故应急领导小组报告，拨打120急救电话，及时采取相应措施。

（3）、分析事故原因，及时处理上报。

（六）、流行传染病安全预案：

1、防范预案：

（1）、加强流行传染病预防教育。

（2）、加强个人卫生教育。

2、应急预案：

（1）、学校发现有传染病症状的学生，应立即通知家长将患病学生带到医院检查就诊，有传染病的教师不得带病上班，凡患传染病的师生须经医院诊断排除传染后才能返校。

（2）、学校发生特殊传染病，要迅速对患病师生进行隔离观察，及时报警110、120电话请求援助，通知患病师生的家长和亲属，送定点传染病医院诊治。

（3）、学校对传染病人所在的教室及涉及的公共场所要及时消毒，对与传染病人密切接触的师生进行隔离观察，防止疫情扩散。

（4）、及时将发现的疫情上报教育局、卫生防疫部门，并作好病人的跟踪工作。

（七）、外出大型活动安全预案：

1、防范预案：

外出前认真做好安全防患教育。

2、应急预案：

（1）、学校组织外出大型活动必须先向上级教育主管部门申报，经同意后才能实施，学校组织的外出大型活动要制订安全应急预案。

（2）、事故发生后，学校迅速抢救受伤师生，及时将事故信息报上一级教育主管部门。

（3）、及时报警110、120请求援助，保护好事故现场。

（4）、采取有效措施，做好善后处置工作。

（5）、分析事故原因，及时处理上报。

（八）、外来暴力侵害事故预案：

1、防范预案：

（1）、加强文明礼貌教育，杜绝师生在外滋事。

（2）、加强门卫保安工作，外来未经允许人员，学校门卫（保安人员）不得放行。

2、应急预案：

（1）、学校外来的未经允许强行闯入校园者，学校门卫（保安人员）应及时将闯入者驱逐出学校，并由门卫（保安人员）向其发出警告。

（2）、学校内发现不良分子袭击、行凶等暴力侵害时，应先制止、制服，同时及时报110、120请求援助。

（3）、对受伤师生及时救治。

（九）自然灾害事故预案

1、防范预案

（1）利用班会、板报、橱窗等形式经常性对学生进行预防自然灾害知识教育。

（2）每学期至少组织多次预防自然灾害应急演练，增强学生自救能力。

2、应急预案

（1）如发生雷电、地震、洪水台风等其它自然灾害事故时要保持镇静，沉着应对，立即向上级部门汇报情况。

（2）根据事故性质向公安、交警、消防、卫生防疫、交通管理等部门紧急求援。

   （3）标记现场位置，协助主管部门对灾害进行调查与鉴定。

 （4）安全小组要立即赶赴事故现场，听取事故情况汇报，召集领导小组应急处理会议，采取应急措，全力组织抢救，维持秩序，疏散师生到安全区域，对受伤人员展开救援救护。

    （5）配合有关部门调查取证，做好伤患人员的慰问工作，并及时与伤患人员家长、家属取得联系，做好对家长、家属的安抚解释工作。

  （6）安全小组负责灾后的善后处置工作，及时调查灾情损失情况，伤亡人员情况，并形成书面材料上报，做好受伤人员的救治和灾后现场处理、恢复正常教学秩序及重建等工作。

配合有关部门进行事故的调查处理，做好事故的善后及处理工作，努力维护学校和社会的稳定。

   三、善后处理：

    学校要切实做好死难、受伤学生家长的安抚、慰问工作，消除各种不安全因素，维护学校稳定。

    对伤亡学生的赔偿要依据《民法通则》、《民办教育促进法》等法律、法规执行。

    四、调查与结案：

学校依据国家有关规定，按照属地为主、分级负责的原则和紧急事件的等级，对突发紧急情况及时展开调查，查清事实，查明原因，限期报结。

事故的调查处理必须坚持实事求是，尊重科学，依法处置的原则，任何人不得干涉事故的调查处理。

大坪镇中学