1.2 库仑定律 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦库仑定律核心知识点，通过悬挂带电小球定性实验导入，探究静电力与距离、电荷量的关系，再过渡到库仑扭秤定量实验，搭建从定性观察到定量规律的学习支架，为静电场后续学习奠定基础。 该资料以核心素养为导向，采用定性实验探究、史料讲授、装置拆解分析等方法，通过库仑扭秤原理剖析培养科学思维（模型建构与创新），结合五组配图引导科学探究，帮助学生建立物理观念，也为教师提供清晰教学脉络和丰富资源，提升教学效率。

教学设计 课程名称 库仑定律 选用教材 高中物理教科版必修三 教学章节 第一章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课在电荷、电荷守恒定律基础上定量研究点电荷间静电力规律，整体分为五大逻辑板块：第一板块通过悬挂带电小球定性探究实验，直观得出静电力随距离、电荷量变化的宏观规律；第二板块介绍库仑借助扭秤完成精密定量实验，归纳库仑定律文字内容，明确适用条件为真空、静止点电荷；第三板块拆解库仑扭秤结构与测量原理，解释微小库仑力的放大测量方法，介绍静电力常量；第四板块讲解多个点电荷作用时静电力的矢量叠加规律，利用平行四边形定则求合力；第五板块区分介质带电球体与导体带电球体，明确只有间距远大于球体尺寸时，带电球体才可等效为点电荷，导体球靠近时电荷分布不均，不能直接当作点电荷计算。完整搭建 “定性实验感知静电力影响因素→库仑定量实验得出库仑定律→剖析扭秤实验放大微小力的设计思路→矢量叠加求解多个点电荷静电力→辨析点电荷模型适用条件” 的探究链条，实现静电现象从定性描述到定量计算的过渡，为电场强度、电势等后续静电场计算奠定核心计算基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握两种电荷、同种排斥异种吸引、电荷守恒等定性静电知识，会用平行四边形定则进行力的矢量合成；知道摩擦、感应起电的微观本质，但完全不了解点电荷之间静电力的定量关系，不知道库仑扭秤实验原理，不清楚点电荷模型的严格适用条件，不会处理多个点电荷共同作用下的静电力叠加问题。 2. 能力基础 学生能完成简单定性静电实验观察，但缺少把微小力放大测量的实验设计思维；只能定性判断静电力大小变化，无法建立电荷量、距离与静电力的定量比例关系；进行静电力叠加时容易忽略矢量方向，直接代数加减；区分导体、介质带电球体能否等效点电荷时缺少微观电荷分布分析能力。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：任意带电球体都能直接看作点电荷；静电力大小只和距离有关，和电荷量无关；多个点电荷对研究电荷的作用力可以直接数值相加；库仑定律适用于任意带电物体；运动电荷之间也能直接套用库仑定律计算。 三、教学目标 1. 物理观念 建立定量静电力物理观念：真空中两个静止点电荷间静电力，和二者电荷量乘积成正比、距离平方成反比；同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，作用力沿两点电荷连线；只有带电体尺寸远小于间距时才能等效为点电荷，导体球靠近会出现电荷分布偏移；空间存在多个点电荷时，总静电力是各个点电荷单独作用力的矢量和，遵循平行四边形定则。 2. 科学思维 依托两带正电小球相互作用探究图建立定性实验归纳变量规律的实证思维；借助库仑人物肖像图建立物理规律史料溯源思维；利用库仑扭秤结构原理图建立微小物理量放大测量的实验创新思维；结合静电力叠加矢量示意图建立力的矢量合成建模思维；依靠介质与导体带电球体电荷分布图建立理想化模型适用条件辨析思维，实现定性实验归纳、定量规律推导、实验装置创新剖析、矢量叠加运算、理想化模型辨析完整链条思维训练。 3. 科学探究 观察悬挂带电小球实验，总结距离、电荷量对静电力大小的影响；了解库仑扭秤结构，理解扭转力矩平衡放大微小库仑力的测量原理；熟记库仑定律内容与真空点电荷适用条件；结合矢量示意图，用平行四边形定则计算两个点电荷对同一电荷的总静电力；对比介质、导体带电球体电荷分布，辨析点电荷模型使用边界；完整经历 “定性实验探究影响因素→史料了解库仑定量实验→拆解扭秤放大测量原理→矢量图解叠加静电力→辨析点电荷理想化模型适用范围” 标准化理论实验探究流程。 4. 科学态度与责任 库仑设计精巧扭秤装置测量极微弱静电力，培养精益求精、创新实验装置攻克测量难题的严谨科研精神；从定性静电现象到库仑定量定律，体现物理学科由浅入深、定量精准描述自然规律的发展特点；点电荷是理想化物理模型，引导学生学会抓住主要因素、忽略次要因素简化物理问题；多个点电荷静电力遵循矢量叠加统一规则，感受物理规律简洁统一之美。 四、教学重难点 重点 库仑定律完整文字内容、真空静止点电荷的适用条件 静电力随距离、电荷量变化的定量比例关系 两个点电荷作用下静电力的矢量叠加计算 难点 库仑扭秤微小力放大测量的实验原理理解 准确判断带电球体能否等效为点电荷，区分导体、介质球电荷分布差异 静电力矢量叠加，避免直接代数相加忽略方向 五、教学方法 定性实验探究法：悬挂带电小球分组实验，探究距离、电荷对静电力的影响； 史料讲授法：介绍库仑生平与扭秤实验背景，梳理库仑定律诞生过程； 装置拆解分析法：分层讲解库仑扭秤结构、力矩平衡测量原理； 矢量图解法：利用平行四边形示意图分步演示静电力叠加； 对比辨析讨论法：小组交流介质、导体带电球体点电荷模型适用差异。 六、教学资源 教科版必修第三册物理课本；两带正电小球相互作用探究图、库仑人物肖像图、库仑扭秤结构原理图、静电力叠加矢量示意图、介质与导体带电球体电荷分布图；带绝缘丝线的带电小球、绝缘支座分组定性实验器材；库仑扭秤结构学习单；静电力叠加计算练习题；多媒体课件、黑板、小组讨论草稿纸。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 两带正电小球相互作用探究图定性实验导入，探究静电力影响因素（7 分钟） · 展示两带正电小球相互作用探究图 · 分步讲解教材探究实验操作与观测要点： · 左侧绝缘支座放置带正电球体 A，右侧丝线悬挂带正电小球 B，两球球心保持同一高度；缓慢向右平移支座，缩短 A、B 球间距，观察悬挂小球丝线偏离竖直方向的偏角持续变大；保持两球间距不变，更换带电量更大的球体 A，偏角同样明显增大。 · 结合实验现象梳理两条定性结论：两带电小球距离越近，相互排斥的静电力越大；距离不变时，小球带的电荷越多，静电力越大。 · 抛出导入核心思考问题：静电力和距离、电荷量存在怎样精确的定量关系，普通悬挂装置无法精准测量微小力，科学家是如何完成定量测算的？ · 组织同桌两人交流两分钟，口述距离、电荷量对静电力大小的影响规律。 观看两带正电小球相互作用探究图，直观记住距离、电荷量会改变静电力大小；能够完整描述小球靠近、增大电荷时丝线偏角变化，带着探究定量规律、精密测量装置的目标进入新课。 环节二 库仑人物肖像图梳理史料，讲解库仑定律完整内容（11 分钟） · 展示库仑人物肖像图 · 介绍法国物理学家库仑的研究贡献：当时静电力十分微弱，常规测量工具无法读数，库仑自主设计扭秤装置完成大量定量实验，归纳得出真空点电荷静电力定量规律。 · 逐条拆解库仑定律文字表述：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与两者电荷量乘积成正比，与间距的平方成反比，作用力方向沿两电荷连线；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 · 补充关键适用条件三点：第一环境必须为真空；第二电荷保持静止；第三带电物体尺寸远小于两者间距，可看作点电荷；介绍公式中静电力常量，由实验测定。 · 同步随堂提问：空气中两个距离很近的金属小球，能不能直接套用库仑定律计算相互作用力？ · 布置四人小组梳理任务：小组合作熟记库仑定律文字内容，逐条说出三条适用条件，限时三分钟。 观看库仑人物肖像图，了解库仑创新扭秤完成定量实验的史实；完整背诵库仑定律文字内容，清晰记住真空、静止、点电荷三条适用前提。 环节三 库仑扭秤结构原理图拆解，剖析微小力放大测量原理（14 分钟） 讲解库仑扭秤结构原理 分结构、测量原理两层完整拆解装置： 第一层结构识别：装置包含金属悬丝、轻质绝缘横杆、两个带电金属小球、刻度秤头；横杆一端小球 C 固定，另一端小球 A 可更换电荷量。 第二层力矩平衡测量原理：带电小球 C、A 之间产生静电力，带动横杆旋转、悬丝发生扭转；旋转秤头刻度盘，利用悬丝扭转弹力抵消静电力力矩，让横杆回到初始位置；秤头刻度扭转角度对应悬丝扭转力矩，通过刻度读数换算得到微小静电力大小，实现微弱静电力放大测量。 再次回扣开篇悬挂小球实验做对比：悬挂装置只能定性观察力的变化，库仑扭秤依靠力矩平衡，能精准定量测出静电力数值，是实验创新的典型范例。 向全班抛出辨析思考题：如果更换更细、更容易扭转的悬丝，扭秤测量微小力的精度会提高还是降低？ 认真听教师库仑扭秤结构原理，分清装置各部件作用；理解力矩平衡放大微小静电力的测量思路，明白库仑扭秤是实现静电力量化的关键创新装置。 环节四 静电力叠加矢量示意图讲解，多个点电荷静电力叠加计算（10 分钟） · 展示静电力叠加矢量示意图 · 讲解静电力叠加核心规律：任意两个点电荷之间的静电力，不会因为空间存在其他电荷发生改变；空间存在多个点电荷时，研究电荷受到的总静电力，等于每一个点电荷单独对它作用力的矢量和，遵循平行四边形定则。 · 结合示意图分步演示计算流程：两个点电荷 Q₁、Q₂分别对电荷 q₀产生作用力 F₁、F₂，以两条力的线段为邻边作平行四边形，对角线就是 q₀受到的总静电力 F；强调必须区分力的方向，不能直接把两个力的数值相加。 · 举简单实例辅助理解：一个正电荷同时受到左侧正电荷排斥、下方负电荷吸引，先分别算出两个力大小，再用平行四边形求合力。 · 观看静电力叠加矢量示意图，听懂静电力矢量叠加规则；能够区分矢量合成和简单数值相加的差异，会借助平行四边形分析两个静电力的总效果。 环节五 介质与导体带电球体电荷分布图讨论，辨析点电荷模型适用边界（10 分钟） 展示介质与导体带电球体电荷分布图 分两类球体对比讲解点电荷适用条件： 第一类均匀带电介质球：两个球体距离即便不算极大，电荷始终均匀分布在球表面，等效电荷中心在球心，可近似当作点电荷； 第二类带电导体球：两球相互靠近时，内部自由电荷发生移动，同种电荷相互排斥，电荷集中在球体远离对方一侧，等效电荷中心不再是球心，不能直接看作点电荷套用库仑定律。 总结讨论交流核心结论：判断带电球体能否等效点电荷，不能只看间距，还要区分介质、导体材质；导体球间距不足时电荷分布偏移，库仑定律计算会出现明显偏差。 观看介质与导体带电球体电荷分布图，分清两类球体电荷分布差异；能够准确判断相近间距下导体球不能当作点电荷，完整掌握点电荷理想化模型的严格适用边界。 环节六 综合习题训练，课堂总结布置分层任务（3 分钟） 出示静电力影响因素判断、库仑定律适用条件辨析、扭秤测量原理、静电力矢量叠加、点电荷模型判断五道综合思考题，带领学生悬挂小球定性实验、库仑定律史料与内容、扭秤放大测量原理、静电力矢量叠加、导体介质球体点电荷辨析五大核心内容；整合五张配图梳理本节课全部知识点，梳理两带正电小球相互作用探究图、库仑人物肖像图、库仑扭秤结构原理图、静电力叠加矢量示意图、介质与导体带电球体电荷分布图五大板块考点；纠正 “任意带电球都是点电荷”“静电力直接数值相加”“任意带电体都适用库仑定律” 三类典型认知误区。 独立完成五道辨析思考题，严谨说出库仑定律适用条件、静电力矢量叠加规则；整合五张配图全部知识点，记录分层课后计算作业。 环节七 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇两带正电小球相互作用探究图总结：本节课我们从定性静电实验出发，学习库仑定量实验得出库仑定律，拆解扭秤创新测量装置，掌握多电荷静电力矢量叠加，辨析点电荷模型适用范围，下一节将学习电场强度，引入电场描述电荷间相互作用。 完整回顾静电力影响因素、库仑定律、扭秤实验、静电力叠加、点电荷模型全部知识点，理清 “定性实验探究影响因素→库仑定量实验得出规律→扭秤装置剖析微小力测量→矢量图解叠加静电力→对比球体辨析点电荷模型” 完整探究学习思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托两带正电小球相互作用探究图、库仑人物肖像图、库仑扭秤结构原理图、静电力叠加矢量示意图、介质与导体带电球体电荷分布图五组教材素材，沿着悬挂小球定性实验探究静电力影响因素、库仑自主设计扭秤完成微弱静电力定量测量、分层拆解扭秤力矩平衡放大测量创新思路、矢量平行四边形图解静电力叠加、介质与导体带电球体对比辨析点电荷理想化模型适用边界的脉络开展教学，培养学生先定性观察再定量精准测量的物理研究逻辑、自主创新实验装置攻克微小物理量测量难题的科研创新思维、借助力矩平衡简化微弱力测量的建模思维、利用矢量图解处理多力合成的数学结合物理思维、区分材质与间距辨析理想化模型适用范围的辩证分析综合探究品格；库仑面对微弱静电力无法测量的难题，自主设计全新扭秤装置，反复实验测算得出定量定律，引导学生遇到实验测量难点不放弃、自主创新实验方案、精益求精开展定量测量的求真钻研精神；从定性观察丝线偏角到库仑定量定律，体现物理学科依靠精密实验实现精准定量描述自然规律的发展脉络，感受物理科学严谨、量化的学科特点；点电荷是抓住主要因素、忽略次要干扰的理想化模型，教会学生科学研究合理简化复杂问题的思维方法；多个点电荷静电力统一遵循矢量叠加规则，体会微观静电作用存在简洁统一的物理规律，感受物理规律和谐统一之美。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课依托五张配图完成定性实验、定量规律、实验装置、矢量叠加、模型辨析完整教学，实验装置创新内容学生兴趣较高，但存在三处典型顽固认知误区：一是认为所有带电球体都能直接当作点电荷，分不清导体、介质球电荷分布差异；二是处理多个点电荷作用力时直接数值相加，忽略矢量方向需要平行四边形合成；三是忽略库仑定律真空、静止两条前提，认为空气、运动电荷也能直接套用；同时部分学生无法自主复述库仑扭秤力矩平衡放大微小力的完整原理。 修改措施：课前印制库仑定律适用条件、点电荷模型、静电力叠加辨析填空预习单，标注导体球不能等效点电荷核心要点；课堂增加适用条件判断、静电力叠加合成、导体介质球区分三类抢答练习；延长四人小组库仑扭秤原理复述、静电力矢量叠加作图讨论时长，逐组核对力矩平衡测量逻辑、平行四边形矢量作图规范；课后配套库仑定律计算、模型辨析两类专项习题，严格规范定律适用条件、矢量叠加双重训练。 学科网（北京）股份有限公司 $