9.2 库仑定律（表格式教学设计）物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦库仑定律及点电荷模型，通过视频展示带电体C与小球在不同位置、电荷量下的作用力变化导入，联系电荷间相互作用，搭建从定性到定量的探究支架。 特色在于融合科学思维（类比质点建构点电荷模型）、科学探究（“猜想-实验验证-推导”过程，结合库仑扭秤视频分析实验设计），通过金属球壳受力、氢原子力比较等实例，培养模型建构与科学推理能力，助力学生深化理解，为教师提供分层教学资源。

第2节 库仑定律 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 建立点电荷理想模型，理解其物理意义；掌握库仑定律的内容、表达式F=k及物理意义，明确其适用条件。 科学思维 体会类比法（质点→点电荷）、理想模型法的应用； 掌握静电力的叠加思想，学会用局部与整体的辩证关系分析带电体间的相互作用。 科学探究 经历 “猜想→半定量实验验证→定量推导” 的探究过程，提升实验设计与数据分析能力；能设计实验探究影响静电力大小的因素。 科学态度 与责任 通过库仑定律的历史背景，体会科学探究的严谨性与迭代性； 了解库仑定律在工程技术中的应用，树立科学服务社会的意识。 教学 重难点 1.库仑定律的表达式与适用条件；库仑力的矢量合成、点电荷模型的理想化处理；非点电荷的微元法分析(重点)。 2.理解库仑定律、适用条件及点电荷模型，运用力的合成解决多电荷相互作用问题(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：电荷间的作用力与哪些因素有关？播放视频。 摩带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 学生思考问题。 新课讲授 一、电荷之间的作用力 教师：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。 电荷间的相互作用力是否与万有引力相似形式？ 【议一议】 1.如何设计实验？ 2.需要测量什么物理量？困难在哪里？如何解决这些困难 教师：播放视频。 【议一议】 1.这个实验的巧妙之处在哪里？ 2.库仑在设计这个实验的时候运用了什么思想？ 教师：归纳总结 1.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)表达式：F=k，其中r指的是两点电荷间的距离；k=9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。 (3)实际计算时： 大小：计算时只需将电荷量的绝对值代入。 方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。 【练】如图所示，将两个质量均为m、壳层的厚度和质量分布均匀的完全相同的金属球壳a和b，固定于绝缘支架上，两球壳球心间的距离l是半径r的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是（　　） A．F<k B．F>k C．F引>G D．F引<G 【答案】B 【议一议】 1.实际问题中带电体都具有一定的大小，由于电荷间的相互作用，电荷在带电体上的分布也不均匀，如何解决这个问题？ 2.你的解决方案参考了什么思想？ 学生：理想化：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、大小及电荷分布状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（point charge） 【议一议】 1.前面还有哪些地方运用了理想化模型的思想 2.理想化模型思想的关键在哪里？ 3.点电荷、元电荷、电子有什么区别？ 学生讨论并回答问题。 新课讲授 二、静电力计算 【例】试计算两个电荷量为1 C的点电荷在真空中相距1 m时，它们之间的相互作用力大小是多少？相当于多少个成人的体重？ 答案 1.5×107个 提示：g=10m/s2 成人m=60kg 教师：通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑， 但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。 【例】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10-11m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。 解：根据库仑定律，它们之间的静电力 根据万有引力定律，它们之间的万有引力 氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039倍 【议一议】根据这个结果你能得到什么结论？ 学生：如果多个电荷间相互作用如何分析？ 【例】 真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是2.0×10-6C，求它们各自所受的静电力。 解：根据库仑定律，点电荷 q3共受到 F1和 F2两个力的作用。 其中 每两个点电荷之间的距离r都相同，所以 根据平行四边形定则可得 点电荷q3所受的合力F的方向为q1与q2连线的垂直平分线 向外。 每个点电荷所受的静电力的大小相等，数值均为 0.25 N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。 课 堂 练 习 【例】如图所示，带正电的小球1用绝缘细线a悬挂在水平墙壁上，带负电的小球2用绝缘细线b悬挂在竖直墙壁上。两小球处于静止状态时，细线b水平，细线a与竖直方向的夹角为37°，小球1、2（均可视为点电荷）的连线与水平方向的夹角也为37°，小球1、2间的距离d=2m。已知小球1、2所带的电荷量大小分别为q1=2.0×10−4C、q2=1.0×10−4C，静电力常量k=9.0×109N⋅m2/C2，取重力加速度大小g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求： (1)小球1、2间的库仑力大小F库； (2)小球2的质量m2； 【答案】(1)45N (2)2.7kg 课 堂 小 结 板 书 设 计 第2节 库仑定律 一、电荷之间的作用力 1.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)表达式：F=k，其中r指的是两点电荷间的距离；k=9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。 2.点电荷 定义：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、大小及电荷分布状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。 二、静电力计算 1.微观带电粒子间的万有引力远小于库仑力。在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。 2.两点电荷间的库仑力与周围是否存在其他电荷无关。 3.两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。这个结论叫作静电力叠加原理。 4.任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课中点电荷概念比较抽象，学生在生活中对它没有感性认识，依赖于学生对质点模型的理解，因此教学中要让学生知道建立点电荷模型的原因，懂得如何建构点电荷模型，体会点电荷模型在研究具体问题中的作用。库仑定律给出的虽是点电荷间的静电力，但是任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的，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，需要通过例题中的具体情境渗透叠加思想，使学生体会局部与整体的辩证关系。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $