9.2 库仑定律 教学设计 -2026-2027学年高二上学期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核心知识，从已学电荷间相互作用出发，通过提问力的定量规律引导学生猜想电荷量和距离的影响，搭建新旧知识学习支架，自然过渡到库仑定律的探究。 特色在于以科学思维建构点电荷模型，类比质点降低理解难度，通过库仑扭秤实验探究，运用微小量放大法和电荷均分法突破难点，播放实验视频辅助理解。融入科学史培养严谨态度，控制变量法和与万有引力定律比较深化认知，助力学生提升模型思维与探究能力，为教师提供清晰教学流程与重难点解决方案。

9.2 库仑定律 一、教学目标 1. 物理观念 通过实验知道电荷间相互作用力与电荷量、距离有关；理解点电荷理想化模型；熟记库仑定律内容、公式与适用条件。 明确静电力也是矢量，能区分库仑力大小、方向，建立静电相互作用完整认知。 2. 科学思维 类比力学质点模型，理解点电荷的抽象方法；体会控制变量法、微小量放大法、电荷均分法在物理实验中的应用。 能结合实验现象推理出力与电荷量、距离的定量关系，培养逻辑推理与模型建构思维。 3. 科学探究 观察带电小球偏转演示实验，自主猜想影响静电力的因素；了解库仑扭秤实验装置、操作思路与实验难点解决办法。 能复述库仑探究过程，说出实验采用的物理研究方法。 4. 科学态度与责任 了解库仑探究静电力的科学史实，感受科学家克服实验困难、严谨定量探究的钻研精神。 二、教学重难点 （一）教学重点 1.电荷间作用力与距离、电荷量的关系； 2.点电荷概念； 3.库仑定律内容与适用条件。 （二）教学难点 1.点电荷理想化模型的理解； 2.库仑扭秤实验的实验方法（微小放大、电荷均分）； 3.区分带电球体能否看作点电荷的场景。 三、教学过程 （一）导入新课 教师通过课件展示问题：通过上节课的学习，我们知道电荷之间存在相互作用——同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。那么，电荷之间的相互作用力遵从什么定量规律呢？力的大小取决于哪些因素？受牛顿力学取得巨大成就的启迪，物理学家们开始认真思考和探究电荷间相互作用力的问题。 提问：电荷间的相互作用力可能与哪些因素有关？你能提出怎样的猜想？ 学生结合上节课知识独立思考，尝试猜想可能与距离、电荷量等因素有关。 设计意图：从已有知识出发设置疑问，引导学生猜想，激发探究欲望，自然过渡到本节课的核心内容——库仑定律。 （二）新课讲授 一、电荷间作用力 教师展示课件实验装置图：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。 教师提问：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？ 学生观察示意图，猜想：距离越近，作用力越大；电荷量越大，作用力越大。 1.点电荷概念的引入 教师引导思考：如何简化影响电荷间作用力的因素？引导学生回顾质点模型——忽略物体的大小和形状，简化为一个有质量的点。 类比得到：当研究电荷间的相互作用时，可以忽略带电体自身的大小、形状及电荷分布状况，简化为一个带电的点——点电荷。 教师讲解： （1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上并不存在。 （2）当带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状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一个带电的点，叫作点电荷。 （3）均匀带电的球体，由于球所具有的对称性，即使它们之间的距离不是很大，一般也可以当作点电荷来处理——电荷集中在球心的点电荷。 设计意图 通过类比质点，降低点电荷概念的理解难度，帮助学生建立理想化模型的科学思维方法。 2.定性实验探究 教师介绍实验方法——控制变量法： （1）保持电荷量q不变，改变距离r，观察作用力的变化； （2）保持距离r不变，改变电荷量q，观察作用力的变化。 教师展示实验器材：均匀带正电（或负电）的球体、固定球体的托盘、带横杆的稳定平台、均匀带正电（或负电）金属球、细线。 实验现象： （1）带电体C与小球间的作用力随距离的减小而增大； （2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会随之增大或减小。 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。 设计意图 通过定性实验让学生直观感知电荷间作用力的影响因素，为库仑定律的定量学习打下感性基础。 二、库仑定律 教师介绍科学史背景：卡文迪许和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。定量研究电荷间的相互作用则是在牛顿之后约一百年的法国物理学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展了深入研究。 1.库仑定律的内容 库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律： （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。 （2）关系式： （3）静电力常量：k = 9.0 × 109 N·m²/C² （4）适用条件： ①真空中；②静止的；③点电荷。 （5）电荷之间的这种相互作用力叫作静电力或库仑力。 2.深入理解点电荷 教师结合课件出示两种典型情形： （1）电荷分布均匀的带电球体——可以视为点电荷（电荷集中在球心）； （2）两个靠近的金属带电球体——因为电荷间的作用力，电荷并不能均匀地分布在球体上，所以不可以视为点电荷。 思考与讨论：两个靠近的金属带电球体，是否可以看做是集中在球心位置的点电荷？ 同种电荷——电荷分布向远离方向偏移； 异种电荷——电荷分布向靠近方向偏移。 两种情况都不能简单地视为点电荷。 3.库仑定律与万有引力定律的比较 定律 公式 适用范围 共同点 不同点 影响大小的因素 库仑定律 点电荷 ①都与距离的平方成反比 ②都有一个常数 有引力， 也有斥力 Q1、Q2、r 万有引力定律 质点 只有引力 M、m、r 三、库仑的实验（扭秤实验） 1.实验设计的困难与解决 教师提出问题：在库仑那个时代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，他是怎样做到改变电荷量的？同时库仑力非常微小，距离也不易测量，库仑是如何解决这些困难的？ 学生思考讨论后，教师总结三大难点及处理方案： （1）电荷量无法直接测量 → 库仑的电荷均分法 （2）微小力不易测量 → 悬丝扭转放大微小力（微小量放大法） （3）距离不便测量 → 等倍改变距离 2.电荷均分法 教师讲解：两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等。因此，可以断定这两个小球接触后所带的电荷量相等。 3.库仑扭秤实验原理 教师结合课件展示库仑扭秤的结构图，讲解实验原理。 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。 → 结论：当电荷量不变时，F与距离r的二次方成反比。 探究F与q的关系： ③改变A和C的电荷量q₁、q₂，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q₁、q₂的关系。 → 结论：当距离不变时，F与q₁q₂的乘积成正比。 4.实验方法总结 库仑扭秤实验用到的方法：微小量放大法、控制变量法。 播放实验视频，引导学生总结实验结论： （1）力F与距离r的二次方成反比； （2）力F与q₁和q₂的乘积成正比。 四、静电力计算 根据库仑定律，两个电荷量为1 C的点电荷在真空中相距1 m时，相互作用力是9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距1 m的两个物体都带1 C的电荷量。 对静电力（库仑力）的理解： （1）库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。 （2）对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。 （3）库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。 （4）库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 （三）课后小结 教师出示练习题并讲解，涵盖点电荷判断、库仑定律公式应用、静电力方向分析与多电荷合成计算。 教师引导学生自主梳理本节知识，小组交流补充： 1.点电荷的概念：理想化模型，类比质点； 2.探究电荷间作用力的定性实验：控制变量法，作用力与距离、电荷量的关系； 3.库仑定律的内容、公式、适用条件及静电力常量； 4.库仑扭秤实验的设计：电荷均分法、微小量放大法、控制变量法； 5.静电力的理解：受力分析必画、遵循牛顿第三定律、矢量合成遵循平行四边形定则。 （四）板书 一、探究电荷之间的作用力 1.定性实验：F随q增大而增大，随r增大而减小 2.点电荷：理想化模型（类比质点） 3.实验方法：控制变量法 二、库仑定律 1.内容：真空中静止点电荷 2.公式：F = k·q₁q₂/r² 3.适用条件：真空、静止、点电荷 4.静电力常量：k = 9.0×109 N·m²/C² 三、库仑的实验 1.电荷均分法 2.微小量放大法 3.结论：F∝1/r², F∝q₁q₂ 四、静电力计算 1.性质力 2.受力分析 3.平行四边形定则 4.牛顿第三定律 （五）教学反思 授课课题 9.2 库仑定律 授课班级 教学目标达成情况 教学重难点突破效果 课堂教学环节亮点与不足 学生学习掌握情况 整体改进措施与后续教学规划 学科网（北京）股份有限公司 $