3-1 1.1 电荷及其守恒定律
教学目标：
1.知道两种电荷及其相互作用,知道电量的概念；2.掌握三种起电方式及其原理；3.知道电荷守恒定律；4.理解是元电荷的概念；5.从微观的角度认识物体带电的本质。
重点难点：
1.电荷守恒定律；2.三种起电方法及其原理。
教学用具：
丝绸，玻璃棒，毛皮，硬橡胶棒，感应起电用绝缘金属球和导体，验电器。
教学过程：
引入新课 我们的日常生活和生产活动中，电已经成为不可缺少的重要能源，你能想象一下没有电的生活会给我们造成什么样的困扰吗？（请学生描述一下他的想象）。
没有电的日子，我们的生活会失去很多乐趣，更会暗淡无光。 下面我们从最基本的概念入手，逐步深入地学习电的知识。
新课教学 一、两种电荷
1.正电荷：用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带的电荷叫正电荷。 [思考讨论]丝绸带电吗？带什么电荷？
2.负电荷：用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带的电荷叫负电荷。 [思考讨论]毛皮带电吗？带什么电荷？
[思考讨论]你怎样说明自然界中只有这两种电荷？
分析：自然界中的电荷，其性质要么与用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷性质相同，要么与用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷性质相同，所以自然界中只有这两种电荷。
3.电荷的相互作用：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 [实验]演示电荷的相互作用。 4.基本性质：吸引轻小物体。
[实验]用摩擦过的玻璃棒吸引小纸屑。 二、电荷
1.电荷：（1）使物体显示出电性的物质，有正电荷和负电荷两种；（2）我们常将带电粒子称为电荷，比如质子和电子，但电荷不是粒子，只是我们常将它想像成粒子以方便描述。
2.原子的结构：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。
3.电荷量：
（1）定义：物体带电荷的多少，正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。用q（或Q）表示。 （2）单位：库仑，符号：C 三、摩擦起电
1.定义：利用两物体相互摩擦而使物体带电的方法。 2.原因：不同物体的原子核对电子的束缚能力不同。 3.本质：电子的转移。
4.结果：两物体带等量异种电荷。 四、感应起电
1.自由电荷：可在物体中自由移动的电荷。对于金属导体，离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由移动，叫自由电子。对电解液，自由电荷是正、负离子。
2.静电感应
（1）定义：将一个带电体靠近不带电导体，在导体的两端出现等量异号电荷的现象，叫静电感应。
1
（2）现象：靠近电荷的一端带异号电荷，远离电荷的一端带同号电荷，两端的电荷量相等。 （3）原因：电荷相互作用。 （4）本质：自由电荷的转移。
3.感应起电：利用静电感应原理使物体带电的方法。 [实验]演示感应起电。
[思考讨论1]看到了什么现象？怎样进行解释？
[思考讨论2]怎样使不带电的导体带正（或负）电？
[思考讨论3]如果一个导体靠近一个带电体，用手摸一下导体后放开手，导体带电吗？带什么电？和手与导体的接触位置有关吗？
分析：导体带与电荷异号的电荷，与手的接触位置无关。（通过手将导体与地球相连，远离电荷的一端在地球上）。 五、接触带电
1.定义：将一个带电体与不带电的物体接触，使物体带电的方法。 2.本质：电子的转移。
q?q2，式中q1和q2是小球原来/3.规律：两个相同的导体球互相接触后分开，电荷均分，即q1/?q2?12的电荷量，正电荷取正值，负电荷取负值。
六、电荷守恒定律
1.电荷守恒定律：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。
2.现在的表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮没。例如，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可以同时湮没，转化为光子。不过在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，两个粒子带电量相等且正负相反，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍然不变，电荷仍然是守恒的。 七、元电荷
1.定义：物体所带的电荷量总是一个最小单位的整数倍，这个最小的电荷量叫元电荷，用e表示。
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2.数值：e=1.60×10C。最早由美国物理学家密立根用密立根油滴实验测得。
3.电子带有最小负电荷，质子和正电子带有最小正电荷，它们的电荷量相等，都是元电荷。 4.物体所带电荷量一定是元电荷的整数倍。 八、比荷
1.定义：粒子的电荷量与质量发比值（荷质比）。
2.表达式：
q m3.单位：C/kg 4.电子的比荷：
e11
=1.76×10 C/kg me课堂练习：
1.( )关于元电荷的理解，下列说法正确的是 A.元电荷就是电子
B.元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量 C.元电荷就是质子
D.物体所带的电量只能是元电荷的整数倍
2．5个元电荷的电量是________， 16 C电量等于________元电荷
2
3-1 1.2 库仑定律
教学目标：
1.理解点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量；2.会用库仑定律的公式进行有关的计算；3.了解库仑扭秤的实验原理；4.培养学生的观察和探索能力
重点难点：1.掌握库仑定律及其表达式；2.会用库仑定律的公式进行有关的计算。 教学用具：手摇起电机、铁架台、小球（带细线）多个 教学过程：
新课引入 使物体带电的方式：摩擦起电、接触带电、感应起电，无论哪种方式使物体带电都不是创造电荷，总电荷量是守恒的；电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
[演示实验]让橡胶棒、玻璃棒摩擦起电，靠近易拉罐，观察发生的现象。 现象：易拉罐被橡胶棒、玻璃棒吸引滚动起来了。
既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小与什么因素有关呢？
新课进行 一、点电荷
1.定义：只有电荷量、没有大小和形状的带电体。
2.意义：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做带电的点，即点电荷。
3.理想化模型：点电荷是一个理想化模型，实际上点电荷不存在。 (与“质点”进行比较) 二、实验探究电荷间作用力的决定因素
（一）定性实验探究
探究一：影响电荷间相互作用力的因素
[演示实验]
(1)实验准备：利用手摇起电机演示放电现象（教师说明：①这个原理与闪电一样的，与生活中的电现象对应；②转的越快，放电现象越明显，说明摇的越快小球的所带的电荷量越多）。
(2)实验演示：将两个大小相同的泡沫导电小球通过很细的导线分别接到手摇起电机的两个小球上，使得小球的电荷能传到两个导电小球上。现象：手摇的越快细线偏离竖直方向的夹角越大；若将两球靠的越近，则偏角也越大。
(3)猜想与假设：通过实验我们发现，电荷间的相互作用力在不同的情况下大小是不同的，你认为带电体间的相互作用力会与哪些因素有关呢？
猜想小结：与两带电体的电荷量、距离、形状或体积。
[思考讨论1]实验应采取什么方法来研究电荷间相互作用力与可能因素的关系？ 分析：控制变量法。
[思考讨论2]怎样直观地比较这种作用力的大小？
分析：比较悬线偏角的大小。如果带电体之间的作用力是水平的，则F电=mgtanθ，可知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。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）。
(4)设计实验验证猜想：
探究二：探究 F与r 之间的定性关系
要求：只改变r的大小，保持q等其他条件不变。
实验器材：实验器材如图所示。其中A、B是两个泡沫小球，小球的外层包有铝箔，使之可以通过接触带电，B球用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，然后将A从远处靠近B，发现A球离B球越近，B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）。
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实验结论：电量不变时，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。 探究三：F与q之间的定性关系
实验器材：将两个包有铝箔的泡沫小球，用细导线连起来，可直接将导线中间的橡胶皮剥开，栓到手摇起电机的一个球上。
实验操作：摇动手柄，使A、B两球带上同种电荷，发现手摇的越快，两球间的距离越大，即偏角越大。（说明：由于要保持距离不变、改变电荷量的大小观察力的变化比较困难，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）
实验结论：转的越快、两小球的带电量越多、两球距离（偏角）越大，说明两球间的相互作用力越大。 所以，若距离不变，改变电荷量，两电荷间的作用力随电量的增大而增大。
结论归纳：
电量q一定，距离r越小，偏角越大，作用力F越大。 距离r一定，电量q增加，偏角变大，作用力F越大。 （二）结合物理学史，得出库仑定律
带电体间的作用力与距离及电荷量有怎样的定量关系呢? 1.电荷间相互作用力的研究历史
(1)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。
(2)1772年，英国物理学家卡文笛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。 (3)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。
2.库仑的研究
库仑在探究三者之间的定量关系时，定量实验在当时遇到的三大困难：
① 带电体间作用力小，没有足够精密的测量仪器；怎样确定带电体间的作用力的数量关系？ ② 没有电量的单位，无法比较电荷的多少；怎样确定电荷量的数量关系？ ③ 带电体上电荷分布不清楚，难测电荷间距离。怎样测定电荷间的距离？ 同学们，如果是你，你能想到怎样的方法来解决这些困难？ 引导学生用类比的方法得出三大困难的对策：
卡文迪许扭称实验 — 库仑扭称实验，
对称性 — 等分电荷法， 质点 — 点电荷
①放大思想：力很小，但力的作用效果（使悬丝扭转）可以比较明显。
②转化思想：力的大小正比于悬丝扭转角，通过测定悬丝扭转角度倍数关系即可得到力的倍数关系 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（电荷在两个相同金属球之间等量分配）。
④理想化模型思想：把带电金属小球看作点电荷（理想化模型），利用刻度尺测量距离。 接下来引导学生观看库仑扭秤的实验视频与库仑当时的数据，总结规律。（观看视频）。
库仑在艰苦的条件下，联想到万有引力定律和卡文地许扭称实验，利用巧妙的库仑扭秤装置和方法，发现了库仑规律。通过刚才的展示过程让学生了解库仑探究的过程、思路、方法。你能用自己的语言总结出规律吗？
电荷间相互作用力与电荷间距离成平方反比关系，与电荷电量乘积成正比。
介绍：库仑扭称实验只能定量测出同种电荷间相互作用力，库仑还利用电单摆实验定量测出异种电荷间作用力大小。让学生体会库仑定律的完美。 三、库仑定律：
1.内容：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，与它们的距离的平方成反比；作用力的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力叫做静电力或库仑力。
4
2.表达式： F?kq1q2 2r9
2
2
3.静电力常量：表达式中的比例系数k叫做静电力常量。在国际单位制中，k=9.0×10N.m/C 4.适用条件：真空中，点电荷。在空气中也近似成立。 5.注意：
(1)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。
(2)F是Q1与Q2之间的相互作用力，是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。
(3)库仑力(静电力)与重力，弹力，摩擦力一样，是根据性质命名的力，具有力的通性。
(4)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。 四、库仑定律与万有引力定律的比较
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[例题1]已知氢核（质子）的质量是1.67×10 kg，电子的质量是9.1×10kg，电子和质子的电荷
-19-11
量都是1.60×10C，在氢原子内电子与质子间的最短距离为5.3×10m。试比较氢原子中氢核和电子之间的库仑力和万有引力。（见教材）
计算说明，万有引力远远小于库仑力，在研究微观带电粒子的相互作用力时,通常可以忽略万有引力。 [例题2]真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是-6
+2×10C，求他们各自所受的库仑力。（见教材）
[例题3]两个相同的均匀带电小球，分别带Q1=1 C，Q2=－2C，在真空中相距r且静止，相互作用的库仑力为F。（1）今将Q1、Q2、r都加倍，问作用力变化？（2）只改变两电荷的电性，作用力如何？（3）只将r增大两倍，作用力如何？（4）将两个球接触一下后，仍放回原处，作用力如何？（5）使两球接触后，如果库仑力的大小不变，应如何放置两球？
配套练习：
1.( )下列说法中正确的是：
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F?kq1q2可知，当r趋近于0 时,F趋近于∞
2rD.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.( )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
3.( )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
4.( )如图所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A，B都带正电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示，那么可以判定点电荷C所带电荷的电性为
A．一定是正电 B．一定是负电 C．可能是正电，也可能是负电 D．无法判断 5.( )三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，
相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F 。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为
A．F/2 B．F/4 C．F/8 D．3F/8 6.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________．
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