2. 库仑定律（表格式教学设计）物理教科版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦库仑定律核心知识，通过演示带电玻璃棒与橡胶棒的排斥、吸引现象，联系前期静电现象认知，引导学生猜想静电力与电量、距离的关系，搭建新旧知识支架，展开定律探究。 特色在于结合扭秤实验动画演示与控制变量法（科学探究），类比万有引力（科学思维）助解平方反比规律，分层练习巩固点电荷模型（物理观念）。提升学生实验分析与推理能力，为教师提供清晰教学流程及重难点突破策略。

2. 库仑定律（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第2节 库仑定律 教学 目标 物理观念 能准确表述库仑定律内容，熟练书写公式F＝k, 并明确各物理量单位，能区分点电荷适用场景，建立静电力定量认知。 科学思维 通过类比万有引力推导库仑力关系，理解控制变量法，结合力矩平衡分析实验设计，提升科学推理能力。 科学探究 参与扭秤实验模拟操作与分析，完成 “现象记录 - 数据关联 - 规律验证”，提升实验操作与数据分析能力。 科学态度 与责任 了解库仑研究历程，感受科学家创新严谨精神，认识定律对电磁学发展的意义，树立科学服务社会意识。 教学 重难点 1. 重点：库仑定律内容、公式 F＝k及适用条件；扭验设计思路与控制变量法应用。 1. 难点：扭秤实验力矩平衡原理；点电荷模型与实际带电体的区别联系。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 教师：同学们，之前我们学习了静电现象，知道带电体之间会有相互作用力，也就是静电力。现在老师来做个小实验，大家仔细观察 —— 这是两个用丝绸摩擦过的带电玻璃棒（展示实物），老师把它们靠近，大家看到了什么？ 学生：两个玻璃棒相互推开了！ 教师：很好，同种电荷相互排斥。那如果老师换一个用毛皮摩擦过的橡胶棒，靠近其中一个玻璃棒，又会有什么现象？（操作实验） 学生：它们相互吸引了！ 教师：没错，异种电荷相互吸引。那大家有没有想过，静电力的大小不是固定的，它可能和哪些因素有关呢？结合生活经验或之前学的知识，谁来猜一猜？ 学生 1：可能和两个带电体带的电量有关吧，带电量越多，力应该越大？ 学生 2：我觉得和它们之间的距离有关，离得越近，力可能越强，就像磁铁一样。 教师：大家的猜想很有道理！早在 18 世纪，科学家们也和大家一样，想知道静电力的定量规律，其中法国科学家库仑通过实验找到了答案。今天我们就来学习库仑定律，一起揭开静电力的定量秘密。 学生讨论并回答问题 新课讲授 一、库仑扭秤实验分析 教师：要研究静电力的大小和电量、距离的关系，关键是要设计一个能精确测量静电力的实验。库仑设计了一个非常巧妙的装置 —— 扭秤（展示扭秤模型：底座、细棉线（模拟扭丝）、悬挂的轻质铝球（可转动金属球）、固定金属球、刻度盘、反光镜）。大家先观察这个模型，谁能说说它有哪些关键部件？ 学生：有两个金属球，一个固定，一个挂在棉线上能转；还有刻度盘和镜子！ 教师：观察得很仔细。接下来老师用动画演示实验过程，大家注意记录：当两个金属球带上同种电荷后，会发生什么？（播放动画：固定球带电，与悬挂球接触后，两球排斥，悬挂球带动棉线扭转，反光镜反射的光斑在刻度盘上移动，最终静止） 学生：两球相互排斥，悬挂球转了，棉线扭了，光斑也动了！ 教师：为什么光斑会动呢？其实是棉线扭转时，反光镜跟着转动，光斑就会在刻度盘上 “放大” 移动 —— 这是库仑的巧妙设计，能把微小的扭转变得容易观察。当光斑静止时，棉线的扭转力矩和静电力的力矩平衡，所以 “光斑移动的距离越远，静电力越大”。 教师：现在我们用控制变量法研究。第一步：控制两球带电量不变，改变它们之间的距离，观察光斑移动情况。大家看（操作模型：让两球带等量电荷，先让距离为 r，记录光斑位置；再将距离调为 2r，观察光斑变化）—— 距离变大后，光斑移动的距离变小了，这说明什么？ 学生：距离变大，静电力变小了！ 教师：非常好。库仑通过精确测量发现，当电量不变时，静电力 F 和距离 r 的平方成反比。那第二步：控制两球距离不变，改变带电量，怎么改变电量呢？库仑想到一个办法 —— 让两个完全相同的金属球接触，电荷会平分。比如先让 A 球带电，B 球不带电，接触后两球带电量相等，都是原来 A 球的一半。大家看（操作模型：固定距离 r，先让两球带电量 q₁=q₂=q，记录光斑位置；再让两球接触后带电量变为 q₁'=q₂'=2q，观察光斑）—— 电量变大后，光斑移动距离变大了，这又说明什么？ 学生：距离不变时，电量越大，静电力越大！ 教师：对！库仑进一步实验发现，静电力 F 和两球带电量 q₁、q₂的乘积成正比，即 F＝k。结合这两个结论，我们得到静电力与电量、距离的比例关系，下面通过例题巩固这一实验结论的应用： 例1　下列对点电荷的理解正确的是(　　) A．体积很大的带电体都不能看作点电荷 B．只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C．只要是球形带电体，无论球多大，都能看作点电荷 D．当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看作点电荷 答案　D 解析　带电体能否看作点电荷是由所研究问题的性质决定的，与自身大小、形状无直接关系，故A、B、C错误；当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体均可看作点电荷，故D正确． 学生讨论并回答问题 新课讲授 二、库伦定律总结 教师：结合刚才的实验结论，我们知道 F 既和 q₁q₂成正比，又和 r² 成反比，那怎么把这两个比例关系写成一个等式呢？ 学生：可以加一个比例常数！写成 F＝k。 教师：太对了！这个等式就是库仑定律的数学表达式。其中 k 是静电力常量，经过科学家精确测量，F＝k，大家要记住这个数值和单位。那谁能把库仑定律的完整内容说出来？结合实验条件想一想。 学生：真空中，两个点电荷之间的静电力，跟它们带电量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 教师：非常准确！这里有两个关键条件：“真空中” 和 “点电荷”—— 真空中静电力规律更简洁，空气中可近似应用；点电荷是忽略带电体形状大小的理想化模型，只有当带电体形状大小对静电力的影响可忽略时才能使用。下面通过基础例题，检验对库仑定律内容及适用条件的理解。 例2　关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，体积很大的带电体不能使用 B．根据库仑定律，当两个带电体间的距离r→0时，库仑力将趋向无穷大 C．库仑定律和万有引力定律的表达式很相似，它们都是与距离平方成反比例的定律 D．若点电荷q1 的电荷量大于q2 的电荷量，则q1 对q2 的静电力大于q2 对q1 的静电力 答案　C 学生讨论并回答问题 课 堂 练 习 1．物理学引入“点电荷”概念，从科学方法上来说属于(　　) A．观察实验的方法 B．控制变量的方法 C．等效替代的方法 D．建立理想物理模型的方法 1. 答案　D 2．下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C．当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷 D．一切带电体都可以看成是点电荷 2. 答案　C 解析　能否把一个带电体看作点电荷，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定．若它的体积和形状可不予考虑，就可以将其看成点电荷，若带电球体电荷分布不均匀，则球形带电体的电荷不能看成全部集中于球心的点电荷，故选项C正确． 3．如图所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定(　　) A．两球都带正电 B．两球都带负电 C．大球受到的静电力大于小球受到的静电力 D．两球受到的静电力大小相等 3. 解析：两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同种电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故A、B错误；静电力遵从牛顿第三定律，两球受到的静电力大小相等，故C错误，D正确。 答案：D 4．关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是电荷量很大的带电体 C．所带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍 D．库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷 4．答案　D 解析　如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它与其他带电体之间作用力的影响可以忽略不计，即可将带电体看作点电荷，能否看成点电荷与电荷量的大小及体积大小无关，故A、B错误；根据牛顿第三定律可知，A、B相互作用时，B受到的静电力与A受到的静电力大小相等，故C错误；库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷，故D正确． 5．电荷量分别为q1、q2的两个点电荷，相距r时，它们之间的相互作用力为F，下列说法错误的是(　　) A．如果q1、q2恒定，当距离变为时，作用力将变为2F B．如果其中一个电荷的电荷量不变，而另一个电荷的电荷量和它们之间的距离都减半时，作用力变为2F C．如果它们的电荷量和距离都加倍时，作用力不变 D．如果它们的电荷量都加倍，距离变为r时，作用力将变为2F 5．答案　A 解析　根据库仑定律有F＝k，如果q1、q2恒定，当距离变为时，F1＝＝4F，选项A错误；如果其中一个电荷的电荷量不变，而另一个电荷的电荷量和它们间的距离都减半时，F2＝＝2F，选项B正确；如果它们的电荷量和距离都加倍时，F3＝＝F，选项C正确；如果它们的电荷量都加倍，距离变为r时，F4＝k＝2F，选项D正确． 6．如图所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9 C、QB＝－4×10－9 C、QC＝＋3×10－9 C的A、B、C三个点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为(　　) A．9.9×10－4 N B．9.9×10－3 N C．1.17×10－4 N D．2.7×10－4 N 6．答案　A 解析　A受到B、C点电荷的库仑力如图所示，根据库仑定律有 FBA＝＝ N ＝1.08×10－3 N FCA＝＝ N ＝9×10－5 N 规定沿这条直线由A指向C为正方向，则点电荷A受到的合力大小为FA＝FBA－FCA＝(1.08×10－3－9×10－5) N＝9.9×10－4 N，故选项A正确． 7．甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10 cm。(结果保留三位有效数字) (1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？ 7．解析：(1)因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑。由库仑定律有F＝k＝9.0×109× N≈1.38×10－19 N。两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力。 (2)如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球带的电荷量为q′1＝q′2＝ C＝8×10－17 C，两个导体球之间的斥力为F1＝＝5.76×10－21 N。 (3)由于两个导体球不同，分开后分配的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两个导体球间的作用力。 答案：(1)1.38×10－19 N　引力　(2)5.76×10－21 N　斥力　(3)不能 课 堂 小 结 教师：今天这节课我们一起学习了库仑定律，大家回顾一下，我们都掌握了哪些内容？谁来总结一下？ 学生：我们知道了库仑定律的内容、公式F＝k 及适用条件，了解了库仑扭秤实验的设计思路和控制变量法，还学会了单电荷、多电荷静电力的计算方法。 教师：总结得很全面！最后给大家布置作业：1. 查阅资料，了解库仑在研究静电力时遇到的困难及解决方法，下节课分享；2. 完成教材课后练习题 1、3 题；3. 尝试解决课堂练习题的拓展题。今天的课就到这里，下课！ 学生：老师再见！ 板 书 设 计 库仑定律 1. 实验基础 —— 库仑扭秤实验 1. 关键部件：固定金属球、悬挂金属球、扭丝、反光镜、刻度盘 1. 核心方法：控制变量法（①控电量变距离；②控距离变电量） 1. 实验结论：F＝k 2. 库仑定律内容 1. 文字表述：真空中，两个点电荷之间的静电力，跟电量乘积成正比，跟距离平方成反比，方向在连线上。 3. 公式：F＝k 3. 单位：F→N，q→C，r→m 1. 适用条件：①真空中（空气可近似）；②点电荷 3. 多电荷静电力 1. 核心规则：叠加原理（分别算单个力，再合成） 作业 布置 1. 完成教材课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教学反思 本次《库仑定律》教学围绕 “理解定律内涵、掌握科学探究方法” 展开，整体达成基础教学目标，但仍有可优化之处。​ 从亮点来看，通过类比万有引力引入库仑定律，帮助学生快速建立新旧知识关联，降低了抽象概念的理解难度；结合库仑扭秤实验的动画演示与小组讨论，学生能直观感知 “平方反比” 规律的探究过程，对 “控制变量法” 的应用也更清晰。课堂练习中，多数学生能正确运用公式计算点电荷间的静电力，基础目标落实到位。​ 不足主要体现在两方面：一是对 “点电荷理想化模型” 的讲解稍显仓促，部分学生在判断实际带电体能否视为点电荷时仍存在困惑；二是拓展提问 “库仑定律与万有引力的异同” 时，学生参与度不足，未能充分激发深度思考。​ 后续教学需调整两点：其一，增加 “判断点电荷” 的案例分析，通过具体情境帮助学生理解模型适用条件；其二，提前布置相关预习任务，让学生带着思考参与拓展讨论，进一步提升课堂思维深度。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $