9.2 库仑定律 教学设计-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第三册

第9章 静电场及其应用 第2节 库仑定律 安徽省临泉第一中学 郭雪鹏 1、 教学内容分析 《库仑定律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“静电场”主题下的内容，课程标准要求为：“知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。”《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》指出，该条目要求学生体验在研究带电体之间相互作用力的定量关系时，建立带电体理想模型——点电荷，体会构建物理模型的方法在科学研究中的作用。通过与质点模型的类比，知道将带电体看成点电荷的条件，体验类比法在科学研究中的作用，并能在其他场合中尝试运用理想化模型的方法研究物理问题。要求学生知道库仑定律和静电力常量，知道真空中的库仑定律及其应用，了解电介质对静电作用有影响。通过具体实例知道利用点电荷之间的相互作用规律处理复杂带电体之间的静电力作用的思想和方法。让学生了解科学家在探究库仑定律过程中利用库仑扭称实验和扭摆实验巧妙解决电量测量问题，微小库仑力测量问题，领会在研究库仑力与电荷之间距离平方成反比问题中采用的对称、微小力放大和类比等思想方法，体验科学思想方法在科学研究中的重要作用。通过静电力与万有引力的类比，体会自然规律的多样性和统一性，体会自然界和谐的多样美。通过认识库仑扭称实验和扭摆实验在建立库仑定律过程中所起的重要作用，了解科学家是如何巧妙解决实验过程中的许多问题的，提升学生的科学态度和责任素养。 2、 学情分析 学生已经学习过万有引力定律，知道引力与距离平方成反比，与质量成绩成正比。根据学生的生活经验，学生容易猜测得到电荷间的作用力与距离为负相关，即距离越大，电荷间的作用力越小，而电荷量越大，距离不变时，作用力越大，容易形成定性的认识。为将这种定性认识建立在严密的实验基础上，要做好演示实验教学，根据悬挂电荷的细线偏离竖直方向夹角得到静电力与距离、电荷量的关系。 3、 教学目标 1.学生通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 2.学生通过将点电荷模型与质点模型类比，知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件，进一步体会科学研究中的理想模型方法。 3.学生理解库仑定律的内涵和适用条件，能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力，会利用力的合成的知识解决多个电荷间的相互作用问题。 4.学生体会库仑扭称实验的设计思路与实验方法。 5.学生对比库仑定律和万有引力定律的形式，体会物理学的和谐统一之美，提高物理学习兴趣。 4、 教学重难点 教学重点：理解库仑定律的内涵和适用条件 教学难点：用叠加原理计算点电荷受多个点电荷的作用力 教学方法：讲授法、启发式教学、对话式教学 5、 教学过程 新课引入 问题：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷间的作用力遵循什么规律？电荷间作用力大小与哪些因素有关？有何关系？和同学分享你的猜想，并说明你的依据。 生：作用力大小与电荷间距离有关。距离越大，电荷间作用力越小。如果电荷间相距无穷远，电荷间作用力应为零。电荷量距离保持不变，电荷量越大，电荷间作用力越大。 师：电荷间作用力与带电体电荷量与距离有关。力的大小与距离有关，例如万有引力与距离平方成反比。一起来看演示实验。 新课教学 1. 电荷之间的作用力 演示实验 几何画板模拟实验 实验现象 被绝缘线悬挂的正电荷被带电体C排斥，细线偏离竖直方向一夹角。将悬线向右移动一定距离，正电荷被带电体C排斥，细线向右偏离，夹角减小。 师：根据实验现象，电荷间的作用力与距离有何关系？ 生1：距离增大，电荷间作用力减小。 师：你是如何分析的？ 生1：细线与竖直方向夹角变小，电作用力变小. 师：电荷间作用力与细线偏离竖直方向夹角有何关系？为什么夹角减小，电作用力减小？你是如何分析的？ （生1无法分析静电力和夹角关系） 师：正电荷处于静止状态，受到哪些力？这些力满足什么关系？（可认为正电荷和带电体在同一高度） 生：受重力、绳的拉力和静电力，合力为零。 师：请同学们画出受力示意图，求解静电力和电荷重力关系. 学生活动：按照教师提示，画出正电荷受到三个力示意图。 生2：静电力F=mgtanα，夹角减小，静电力减小，故电荷间的作用力与距离增大减小。 师：通过实验，可以得到：电荷间的作用力随距离增大而减小，这是一个定性结论。定量而言，电荷间作用力与距离有何定量关系？在电磁学发展史上，富兰克林、普里斯特力和卡文迪许等人对这一问题作出重要发现。他们确认电荷间作用力与距离平方成反比，类似于万有引力定律，让我们一起走进历史，了解前辈的发现。 富兰克林的实验发现：富兰克林发现将一个木心球悬吊在一个带电的罐头盒中，木心球不受电荷的作用力。 富兰克林将此现象写信告知普里斯特利.普里斯特利使一个空腔金属容器带