9.2 库仑定律 教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

《库仑定律》教学设计 一、教学目标 1. 物理观念 通过实验探究和理论推导，理解库仑定律的内容、表达式及适用条件，建立“点电荷间的相互作用力与电荷量、距离定量关系”的物理观念，深化对电场力性质的认识。 2. 科学思维 经历“提出问题→猜想假设→实验验证→归纳结论”的科学探究过程，体会控制变量法在实验中的应用，通过对库仑扭秤实验的分析，培养抽象思维和科学推理能力，理解“理想模型（点电荷）”的建构意义。 3. 科学探究与创新 通过模拟库仑扭秤实验操作（或视频分析），学习“放大法”“微小量测量”等实验技巧，体验科学探究中严谨设计与误差分析的重要性，培养基于证据得出结论的习惯。 4. 科学态度与责任 了解库仑定律的发现历程，感受科学家勇于探索、坚持真理的科学精神，认识物理学研究对技术进步和社会发展的推动作用（如静电应用）。 二、教学重难点 重点 库仑定律的内容、数学表达式及适用条件（真空中、点电荷）。 难点 1. 点电荷模型的理解（理想模型与实际带电体的区别与联系）； 2. 库仑扭秤实验的原理分析及控制变量法的应用。 三、教学方法 实验探究法、问题驱动法、小组讨论法、多媒体辅助教学。 四、教学准备 多媒体课件（含库仑扭秤实验视频）、模拟实验器材（或动画）、学生用导学案（含例题与练习题）。 五、教学过程（45分钟） 环节1：情境导入，提出问题（5分钟） 教师活动： 1. 演示实验：用丝绸摩擦过的玻璃棒吸引碎纸屑，再用另一根带电玻璃棒靠近，观察到“同种电荷相斥，异种电荷相吸”。 2. 提问引导： · 电荷间的作用力与哪些因素有关？（学生根据生活经验猜想：电荷量多少、距离远近） · 这种作用力的大小如何定量描述？（引出本节课主题：库仑定律） 学生活动：观察实验，结合初中知识和生活经验，初步猜想影响静电力的因素。 环节2：历史回顾与实验探究（15分钟） 教师活动： 1. 简介库仑的贡献：18世纪末，法国物理学家库仑通过扭秤实验首次定量研究了静电力，类比万有引力定律，提出了库仑定律。 2. 播放库仑扭秤实验视频，分步分析实验原理： · 实验装置：扭秤的主要结构（固定小球A、悬挂小球C、细金属丝、刻度盘）。 · 核心思想： · 放大法：微小的静电力通过金属丝的扭转角度（θ）体现，扭转角度与力的大小成正比（F=kθ，k为扭转系数）； · 控制变量法： · 保持两球电荷量不变，改变距离r，测量扭转角度θ，得出F与r的关系； · 保持距离r不变，改变电荷量q（通过接触带电使电荷量平分），测量θ，得出F与q的关系。 3. 实验结论：库仑通过实验发现，真空中两个点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力方向在它们的连线上。 学生活动：观看视频，结合导学案中的实验原理图，小组讨论以下问题： · 如何通过扭秤测量微小的静电力？（提示：利用金属丝扭转的平衡条件，F扭=F电） · 为什么实验中要使用“点电荷”？（引导学生理解：当带电体的大小远小于距离时，形状和体积对作用力的影响可忽略，抽象为“点电荷”模型） 设计意图：通过实验原理分析，培养学生科学探究能力，理解理想模型的建构意义。 环节3：规律总结，深化理解（10分钟） 教师活动： 1. 板书库仑定律内容及表达式： · 内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F，与它们的电荷量q₁、q₂的乘积成正比，与它们距离r的二次方成反比，方向沿两电荷的连线。 · 表达式： · 比例系数k：静电力常量，（由实验测定）； · 方向：同种电荷相斥（力沿连线向外），异种电荷相吸（力沿连线向内）。 2. 强调适用条件： · 真空中（空气中近似成立，介质中需修正）； · 点电荷（理想化模型，实际带电体满足“距离远大于自身尺寸”时可视为点电荷）。 3. 对比万有引力定律：，引导学生发现“平方反比律”的共性，加深对库仑定律的理解。 学生活动： · 记录定律内容及表达式，标记k的数值和单位； · 小组讨论：“点电荷”是否真实存在？当两个带电小球距离较近时（如r≈球直径），能否直接用库仑定律计算？（明确：此时带电体不能视为点电荷，需考虑形状和电荷分布）。 环节4：例题解析，应用规律（10分钟） 教师活动： 1. 出示例题（导学案），引导学生规范解题步骤： 例题：真空中有两个点电荷，电荷量分别为和，相距。求： （1）它们之间的静电力大小； （2）该力是引力还是斥力？ 解题步骤示范： ① 确定研究对象：两个点电荷，满足库仑定律适用条件； ② 代入公式：（计算大小时电荷量取绝对值）； ③ 代入数据：； ④ 判断方向：异种电荷，为引力。 2. 强调易错点： · 电荷量需代入绝对值计算大小，方向单独判断； · 单位统一（q用C，r用m，F单位为N）。 学生活动：独立完成例题，小组内交换答案，派代表上台板书解题过程，教师点评纠错。 环节5：巩固练习与拓展（7分钟） 教师活动： 1. 布置练习题（导学案），学生限时完成（3分钟）： 练习：真空中两个相同的点电荷，电荷量均为，相距，求它们之间的斥力大小。（答案：） 2. 拓展思考：若将两电荷距离减小为原来的1/2，电荷量均增大为原来的2倍，静电力如何变化？（引导学生用比例法分析：，即变为原来的16倍） 学生活动：独立解题，小组讨论拓展问题，体会公式中各物理量的比例关系。 环节6：课堂小结与作业布置（3分钟） 教师活动： 1. 师生共同总结本节课核心内容： · 库仑定律的内容、表达式（）及适用条件（真空中、点电荷）； · 科学方法：控制变量法、理想模型法。 2. 布置作业： · 教材课后题（基础题，巩固公式应用）； · 思考题：实际带电体（如带电小球）在什么情况下可视为点电荷？（结合今天讨论，下节课分享） 学生活动：记录小结内容，明确作业要求，整理课堂笔记。 六、板书设计 库仑定律 1. 内容：真空中，点电荷间的静电力 2. 公式：（k=9.0×10⁹ N·m²/C²） 3. 适用条件：① 真空中 ② 点电荷（理想模型） 4. 方向：同种相斥，异种相吸 例题： 已知 q₁=+2×10⁻⁸C，q₂=-3×10⁻⁸C，r=0.3m 解：F = 6×10⁻⁵N（引力） 七、教学反思 1. 关注学生对“点电荷”模型的理解，通过实例辨析帮助学生突破难点； 2. 实验视频需清晰展示扭秤实验的关键步骤，确保学生理解“放大法”和“控制变量法”的应用； 3. 后续可补充多电荷系统的受力分析（如三个点电荷平衡问题），为后续学习铺垫。 注：本设计注重核心素养导向，通过实验探究和问题驱动，让学生在“做中学”，既掌握知识，又培养科学思维和探究能力，符合常规高中物理教学的实用性要求。 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $