第二节 电荷的相互作用 库仑定律（表格式教学设计）物理沪科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“电荷的相互作用 库仑定律”核心内容，涵盖点电荷模型、库仑定律及静电力叠加等知识点。从初中电荷相互作用知识切入，通过“上海与北京电荷作用力比较”等问题情境引导学生猜想影响因素，搭建新旧知识衔接的学习支架。 此设计以科学探究为核心，通过库仑扭秤实验装置、原理及步骤的深度分析，培养学生科学探究能力。突出科学思维，如点电荷理想化模型建构及适用条件辨析，结合静电力叠加例题强化矢量合成推理。助力学生深化相互作用物理观念，提升模型思维与探究能力，也为教师提供清晰教学路径，提升课堂效率。

9.2 电荷的相互作用 库仑定律（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 9.2 电荷的相互作用 库仑定律（教学设计） 教学 目标 1.知道点电荷的概念。 2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件。 3.理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算。 教材 分析 本节内容位于静电场的开篇，是学生系统学习电场理论的起点。通过研究电荷之间的相互作用规律，学生将认识到静电力是一种基本相互作用，为后续电场强度、静电势能与电势差等概念的建立奠定理论基础。 教学重点 1. 库仑定律的内容、公式及适用条件； 2. 点电荷模型的物理意义和适用范围。 教学难点 1. 理解“平方反比”规律的实验依据及其局限； 2. 静电力的矢量叠加与合成。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 我们在初中已经知道，电荷之间有相互作用，同号电荷间相互排斥，异号电荷间相互吸引。这种静止电荷之间的相互作用又叫做静电力。 学习新课 一、静电力的大小由哪些因素决定 1. 静电力的大小由哪些因素决定 【思考】（1）一个放在上海的电荷和一个放在北京的电荷之间的作用力是否可以忽略？ （2）如果这两个电荷都放在这个讲桌上并且相互靠近，电荷之间的作用力与思考1中的力相比较，哪个大？ 【问题情境】大胆猜想影响电荷间相互作用力的因素 1.可能跟电荷电量有关 2.可能与两个电荷间的距离有关 A是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小。 思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？ 思考二：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？ 【实验结论】电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。 根据控制变量法可猜想： 掌握静电力的大小与哪些因素有关 学习新课 二、如何定量探究电荷间相互作用的规律？ 1. 如何定量探究电荷间相互作用的规律？ · 早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律。 · 卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 · 法国物理学家库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律。 库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。 电量均分。条件：完全相同的小球 【实验装置】库仑扭秤 【器材组成】细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B 【实验原理】A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系。 【实验步骤】探究F与r的关系： （1）把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小。 （2）改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系。 【实验结论】 （1）当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2 （2）当之间距离不变时，F与q1、q2的乘积成正比F∝q1q2 式中的k是比例系数，叫做静电力常量。通过实验测定其值为: 理解库伦扭秤的组成以及实验原理 思考B球的作用是什么？（使A球在水平面内平衡） 学习新课 三、库仑定律 1. 点电荷 （1）定义：点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布情况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 （2）对点电荷的理解 ①点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 ②带电体能否看成点电荷视具体问题而定。如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷。 【例1】下列对点电荷的理解正确的是（ D ） 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 【例2】关于元电荷和点电荷的说法正确的是（ D ） A.元电荷就是点电荷 B.质子就是元电荷 C.点电荷一定是电荷量很小的电荷 D.两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 2. 库伦定理 （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，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 （2）公式：，其中，叫作静电力常量。 （3）适用条件：①在真空中；②静止点电荷 注意：r→0时，带电体不能看成点电荷，库仑定律不再适用。 3. 库伦力 (1)利用库仑定律计算库仑力大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。 (2)利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断方向。 (3)两个点电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力。 【深度思考】两个半径为R的金属球，球心间距离为r＝3R，带电荷量均为q，它们之间的库仑力，对吗？ 【解析】两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时必须考虑电荷在球上的实际分布.若带同种电荷时，如图(a)，由于排斥，电荷分布于最远的两侧，电荷中心距离大于r，此时F<k；若带异种电荷时，如图(b)，由于吸引，电荷分布于最近的两侧，电荷中心距离小于r，此时F>k。 【例3】关于库仑定律，下列说法正确的是（ D ） 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.根据F＝ k，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大 C.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：在真空中和静止的点电荷 【例4】如图所示，A、B、C三点在同一直线上，AB＝BC，在A处固定一电荷量为Q的点电荷.当在B处放一电荷量为q的点电荷时，它所受到的静电力为F；移去B处电荷，在C处放电荷量为2q的点电荷，其所受静电力大小为（ B ） A.   B. C.F D.2F 掌握点电荷的定义 掌握库伦定理的内容、公式和适用条件 学习新课 四、静电力的叠加 如图所示，真空中有三个带正电的点电荷A、B、C，它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上，电荷量都是Q，则点电荷C所受的静电力多大？方向如何？ 以C为研究对象，根据库仑定律，点电荷C共受到F1和F2两个力的作用，如图所示，每两个点电荷之间的距离都相同，故F1＝F2＝k，根据平行四边形定则，合力为F＝2F1cos 30°＝k，合力的方向沿A与B连线的垂直平分线向右下方。 总结 1.两点电荷间的库仑力与周围是否存在其他电荷无关。 2.两个或两个以上点电荷对某一点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 3.静电力的合成与分解满足平行四边形定则，如下图所示。 【例5】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，则下列说法正确的是（ C ） A.C带正电，且QC＜QB B.C带正电，且QC＞QB C.C带负电，且QC＜QB D.C带负电，且QC＞QB 【例6】如图，带电荷量分别为qa、qb、qc的小球a、b、c(均可视为点电荷)，固定在等边三角形的三个顶点上，a球所受库仑力的合力F方向垂直于a、b的连线，则： (1)a、b间为 引力 ，a、c间为 斥力 。(选填“引力”或“斥力”) (2)＝ 2 。 掌握静电力叠加的方法和原则 板 书 设 计 9.2 电荷的相互作用 库仑定律 一、静电力的大小由哪些因素决定 1. 猜想影响电荷间相互作用力的因素 （1）可能跟电荷电量有关 （2）可能与两个电荷间的距离有关 二、如何定量探究电荷间相互作用的规律？ 1. 实验结论 （1）当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2 （2）当之间距离不变时，F与q1、q2的乘积成正比F∝q1q2 三、库仑定律 1. 点电荷 （1）定义：点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布情况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 （2）对点电荷的理解 ①点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型。 ②带电体能否看成点电荷视具体问题而定。 2. 库伦定理 （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，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 （2）公式：，其中，叫作静电力常量。 （3）适用条件：①在真空中；②静止点电荷 3. 库伦力 (1)利用库仑定律计算库仑力大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。 (2)利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断方向。 (3)两个点电荷之间的库仑力是一对作用力与反作用力。 四、静电力的叠加 1. 静电力叠加的规则 （1）两个或两个以上点电荷对某一点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 （2）静电力的合成与分解满足平行四边形定则 作业布置 教学反思 / 学科网（北京）股份有限公司 $