1.2、探究静电力
一、教学目标
知识目标 1、理解点电荷的概念；
2、通过对演示实验的观察和思考，概括出两个点电荷之间的作用规律；
3、掌握库仑定律的内容及其应用；
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、，通过点电荷模型的建立，了解理想模型方法．
情感目标
了解人类对电荷间相互作用认识的历史过程，培养学生对科学的好奇心，体验探索自然规律的艰辛和喜悦．渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，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间互相作用力问题——库仑定律。
二、教学重难点
使学生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。
三、教学难点
真空中点电荷间作用力为一对相互作用力，遵从牛顿第三定律，是难点。
四、教学与教法
1、用演示复习法引入，注意对比．
2、认真观察现象，理解各步的目的．
3、掌握解题的思维和方法，而不要一味的强调公式的记忆。
五、教学器具：
1、演示两种电荷间相互作用：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒（2支）
2、定性演示相关物理量间关系：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、绝缘性好的支架、铁架台。
六、课时安排：3课时
教学过程
（第一课时）
一、新课引入
初中学过电荷之间的相互作用——同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。那么排斥或者吸引之间的力究竟是多大呢？引进新课。
二、进行新课
（一）点电荷
对比：牛顿在研究物体运动时引入质点
库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷，这是人类思维方法的一大进步。
什么是点电荷：简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。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。
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。
讨论与交流
一个带电体在什么情况下可以看成点电荷？与研究问题所要求的精确度有无关系？
（二）库仑定律
1、方法：变量控制法
2、实验介绍与演示（课本第6页）
观察与思考
1）研究相互作用力F与距离r的关系
使A、B、C带同种电荷，且B、C的电荷量相等，观察B、C偏角，思考r增大时，F的大小如何变化，并记下你的结论。
2）研究相互作用力F与电荷量的关系
使A、B带同种电荷，观察B的偏角，设B原来的电荷量为q，使不带电的C、与B接触一下即分开，这时B、C就各带的电荷量。保持A、B的距离不变，观察B的偏角，思考当B球带的电荷量减少时，F的大小如何变化？
3）综合以上两种情况，你的结论是什么？
库仑定律内容：在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。
库仑定律公式表示：若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F为
，方向：在两个点电荷的连线上，同性相斥，异性相吸
式中F、q1、q2、r诸量单位都已确定，分别为牛（N）、库（C）、
k=9×109 N·m2／C2
q2受到q1 的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统称静电力，又叫库仑力。
介绍库仑扭称实验。
（1）适用条件：真空中的点电荷。在干燥的空气中，库伦定律也近似适用。
可以这么认为，若不是在真空中，库伦定律中的k的值会发生改变。
（2）关于库伦定律的几点说明：
① 有人直接根据库伦定律的公式得出：距离r→0时，F→∞的结论，这是不正确的。因为当r→0时，两电荷已失去作为点电荷的前提条件，不能用库伦定律进行计算它们之间的力。
② 当两点电荷均静止或只发生一个电荷的运动时，库伦定律适用；当两点电荷均运动时，库伦定律不适用。
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。当然也可将q1 、q2带符号运算，F为“+”表示斥力，F为“-”表示引力。建议使用第一种方法。
④ 当一个点电荷受到多个点电荷的作用，可以根据力的独立原理（平行四边形定则）合成求出合力。
⑤ 库伦力也叫静电力，是“性质力”不是“效果力”，它与重力、弹力、摩擦力一样具有自己的特性，同样遵循牛顿第三定律，不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大。在实际应用时，与其他力一样，受力分析时不能漏掉。
⑥ 库仑定律的表达式与万有引力的表达式形式上非常的相似，而且这两种力都是不需要接触就能产生（通过“场”发生相互作用），所以可用类比的方法进行理解和应用。
（第二课时）
（三）库仑定律的应用
【例1】两个点电荷q1=1C、q2=1C相距r=1m，且静止于真空中，求它们间的相互作用力。
解：
这时F在数值上与k相等，这就是k的物理意义：k在数值上等于两个1C的点电荷在真空中相距1m时的相互作用力。
【例2】真空中有A、B两个点电荷，相距10cm，B的带电量是A的5倍。如果A电荷受到的静电力是10－4N，那么B电荷受到的静电力应是下列答案中的哪一个？
A．5×10－4N B．0.2×10－4N
C．10－4N D．0.1×10－4N
解：根据牛三定律，应选C。
【例3】 两个完全相同的均匀带电小球，分别带电量q1=2C正电荷，q2=4C负电荷，在真空中相距为r且静止，相互作用的静电力为F。
（1）今将q1、q2、r都加倍，相互作用力如何变？[来源: ]
（2）只改变两电荷电性，相互作用力如何变？
（3）只将r 增大4倍，相互作用力如何变？
（4）将两个小球接触一下后，仍放回原处，相互作用力如何变？
（5）接上题，为使接触后，静电力大小不变应如何放置两球？
答 （1）作用力不变。
（2）作用力不变。[
（3）作用力变为 ，方向不变。
（4）作用力大小变为，方向由原来的吸引变为推斥（接触后电量先中和，后多余电量等分）。
（5）将带电体间距距离变为 。
（第三课时）
三个自由的点电荷只受库伦力的平衡条件.
【例4】a、b两个点电荷，相距40cm ，电荷量分别为q1和q2 ，且q1=9q2 ，都是正电荷。现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态。
试问：点电荷c的性质是什么？电荷量有多大？它放在什么地方？
解： 点电荷c应为负电荷，否则三个正电荷相互排斥，永远不可能平衡。
由于每一个点电荷都受另外两个电荷的作用，三个点电荷只有处在同一直线上，且c在a、b之间才有可能平衡。
设c与a相距x，则c、b相距（0.4-x），如果点电荷c的电荷量为q3，根据二力平衡可列方程：
对a平衡有
对b平衡有
对c平衡有
（显然，上述三个方程实际上只有两个是独立的）
联立其中两式，解得 x=30cm 。
所以c应为负电荷，电量为，放在a、b连线上，与a相距30cm，与b相距10cm处。
特点：可记为“两同夹一异，两大夹一小，近小远大”。
课后反思：
（1）学生在学习三个自由的点电荷只受库伦力的平衡条件容易遇到瓶颈。
（2）学生容易忘记库仑定律的适用条件，需强调。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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