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，涵盖电荷间作用力、点电荷模型、定律内容及适用条件、静电力叠加等要点。通过回顾摩擦起电，演示或播放带电小球排斥情景，设问类比万有引力，以学生已学的牛顿力学和力的合成为支架引出课题。 以“定性探究-扭秤实验-定律建立-定量计算-力的叠加”为主线，通过类比质点建构点电荷模型（科学思维），设计悬挂小球实验和扭秤实验分析（科学探究），用氢原子模型及三角形电荷例题突破难点，强化相互作用观念。助力学生提升模型建构与推理论证能力，为教师提供清晰教学逻辑与反馈策略。

教学设计 课程名称 库仑定律 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）必修第三册 课题：第九章　静电场及其应用　第2节　库仑定律 知识点描述 电荷间的作用力：电荷间作用力随电荷量增大而增大、随距离增大而减小；作用力沿两电荷的连线，同种相斥、异种相吸。 点电荷：当带电体间的距离比自身大小大得多，带电体形状、大小及电荷分布对作用力的影响可忽略时，可把带电体看作带电的点，点电荷是一种理想化模型。 库仑定律：真空中两个静止点电荷间的相互作用力，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，。 静电力常量：；库仑定律只适用于真空中（或空气中近似适用）静止点电荷。 静电力的叠加：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它作用力的矢量和，符合力的平行四边形定则。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.理解点电荷、静电力、静电力常量等概念，掌握库仑定律的内容、公式、适用条件与矢量性。 2.形成“微观粒子的相互作用以静电力为主、万有引力可忽略”的相互作用观念。 二、科学思维 1.经历“类比万有引力→提出平方反比猜想→扭秤实验检验→得出定律”的科学思维过程，体会理想化模型与类比方法。 2.会用库仑定律进行定量计算，会对多个点电荷所受静电力进行矢量合成，发展模型建构与推理论证能力。 三、科学探究 1.通过“悬挂小球随距离、电荷量变化”的定性实验，学习控制变量、观察比较的探究方法。 2.了解库仑扭秤实验的设计思想（放大、转换），体会定量探究物理规律的严谨性。 四、科学态度与责任 1.体会库仑定律建立的曲折历程与科学家精神，认识实验对检验科学猜想的重要作用。 2.结合氢原子模型、闪电等实例体会库仑定律在解释微观与宏观电现象中的价值。 教学重点 库仑定律的内容、公式及适用条件；静电力与万有引力的区别；点电荷模型中“看情况建模”的思想。 教学难点 对库仑定律适用条件（真空中、静止、点电荷）的理解；多个点电荷静电力叠加时力的矢量合成。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·必修第三册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已会用牛顿力学求力、会用平行四边形定则合成力，为静电力叠加与库仑力参与平衡分析打下基础。 设计主线：定性感受→扭秤实验→建立定律→定量计算→力的叠加，全程40分钟。 难点突破：以质点类比建立点电荷模型；用“三个等量同号点电荷在等边三角形顶点”的例题突破矢量合成。 反馈矫正：围绕“球能不能当点电荷”“两金属球靠得很近时公式还适用吗”等设问，纠正乱套公式的错误。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】回顾摩擦起电后，演示（或播放）带电小球被带电体排斥而远离的情景：电荷间的作用力与什么有关？ 【设问】这种力会不会与万有引力相似，也与距离的二次方成反比？——引出课题：库仑定律。 用“类比猜想”点明研究思路：从猜想到实验检验，与万有引力的发现形成方法迁移。 二、新课教学（一） （约12分钟） 1.定性探究：把带正电小球挂在丝线下，先后放在P1、P2、P3位置，观察悬线与竖直方向的偏角变化，得出“距离越大、力越小”。 2.改变电荷量：保持距离不变，增大（减小）小球电荷量，偏角增大（减小），得出“电荷量越大、力越大”。 3.扭秤实验（图9.2-1）：介绍库仑扭秤结构与“悬丝扭转角反映力的大小”的测量思想，得到、。 4.点电荷模型：类比质点，当距离远大于带电体自身大小、形状与电荷分布的影响可忽略时，带电体可看作点电荷。 5.辨析：相距较近、体积较大的两个金属球能否看作点电荷？引导学生关注适用条件。 图9.2-1 扭秤实验装置 先定性后定量、先猜想后验证，把库仑定律的建立过程转化为可操作的教学活动。 三、新课教学（二） （约14分钟） 1.建立定律：真空中两个静止点电荷间的作用力，方向沿两电荷连线，同种相斥、异种相吸。 2.静电力常量：；说明“1 C是很大的电荷量单位”。 3.例题1：氢原子中电子与质子相距，比较静电力和万有引力大小，体会微观粒子间静电力远大于万有引力。 4.例题2：三个电荷量均为的点电荷放在边长0.5 m的等边三角形顶点，求每个电荷所受合力（图9.2-2）。 5.方法归纳：先求分力、再按平行四边形定则合成；库仑力不因第三个点电荷存在而改变。 图9.2-2 一个点电荷所受的静电力 用氢原子模型感受库仑力之“大”，用三角形问题示范“分力求和”的完整求解步骤。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.辨析：半径相同的两金属球相距较近且带同种电荷，能否直接用计算？为什么？ 【答】不能。库仑定律只适用于真空中的点电荷，两球相距较近时不能再看成点电荷；且同种电荷相互排斥，电荷向外侧分布，电荷“中心”的距离大于球心距离，实际作用力小于直接代入球心距离算出的结果。 2.计算：真空中两等量异种点电荷间作用力为F，用一个不带电的相同小球先接触A再接触B后移开，A、B间作用力变为多少？ 【答】设 A 带 、B 带 ，原来 。不带电小球与 A 接触后 A 的电荷量变为 ；小球再与 B 接触，先中和一半异种电荷，剩余的 由两者平分，B 带 。此时 ，方向仍为相互吸引。 3.综合：两个相同小球用绝缘细线悬挂在同一点，相距10 cm，已知质量与夹角，求各自所带电荷量（图9.2-3）。 【答】小球受重力 mg、悬线拉力 T 和库仑力 F 三个力平衡，由矢量三角形得 （θ 为悬线偏离竖直方向的夹角）；两球电荷量相同，又有 ，故 ，把 和已知的 m、θ 代入即可求得结果。 4.作图：画出三个点电荷中某个电荷所受的两个库仑力及合力的方向。 【答】作图要点：先分别画出该电荷与另外两个电荷之间的库仑力，方向沿两点电荷的连线——同种电荷相斥（背离对方）、异种电荷相吸（指向对方）；再以两力为邻边作平行四边形，对角线方向即为合力的方向（合力方向在两分力方向之间，与较大的分力夹角较小）。 图9.2-3 悬挂小球的静电力问题 用“球心距等于半径之和还能用公式吗”等反例突破适用条件，用悬线小球问题训练平衡与库仑定律的综合应用。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：点电荷模型→库仑定律→适用条件→静电力叠加。 2.方法提炼：类比猜想＋实验检验；先分力、后合成；判断“能否看成点电荷”要依据研究的问题。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～5题。 回顾“如何得到定律、如何用好定律”，把方法性知识纳入学生认知结构。 课堂作业（举一反三·典型题5道） 题1．如图所示，A、B、C为放置在光滑水平面上的三个带电小球(可视为点电荷)，其中B与C之间用长为L的绝缘轻质细杆相连，现把A、B、C按一定的位置摆放，可使三个小球都保持静止状态。已知B所带电荷量为－q，C所带电荷量为＋4q，则以下判断正确的是(　 ) A．A所带电荷量一定为＋4q B．轻质细杆对两球有拉力 C．A与B之间的距离一定为L D．若将A向右平移一小段距离后释放，A一定向左运动 题2．如图所示为某电子秤示意图。一绝缘支架放在电子秤上，上端固定一带电小球a，稳定后，电子秤示数为F。现将另一固定于绝缘手柄一端的不带电小球b与a球充分接触后，再移至小球a正上方L处，待系统稳定后，电子秤示数为F1；用手摸小球b使其再次不带电，后将该不带电小球b与a球再次充分接触并重新移至a球正上方L处，电子秤示数为F2。若两小球完全相同，则(　 ) A．F1＜F2 B．F1＝4F2 C．若小球a带负电，L增大，则F1增大 D．若小球a带正电，L减小，则F2增大 题3．如图所示，在倾角为α的光滑绝缘斜面上固定一个挡板，在挡板上连接一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧，弹簧另一端与A球连接。A、B、C三小球的质量均为M，qA＝q0>0，qB＝－q0，当系统处于静止状态时，三小球等间距排列。已知静电力常量为k，则(　 ) A．qC＝q0 B．弹簧伸长量为 C．A球受到的库仑力大小为2Mg D．相邻两小球间距为q0 题4．一带电荷量为＋Q的小球A固定在绝缘底座上，在它左侧还有一个用绝缘丝线悬挂的带电荷量为＋q的小球B，它们处于同一高度静止，如图所示，两球均视为点电荷，下列说法中正确的是(　　) A．若小球A向左平移一段微小距离，则稳定后丝线与竖直方向的夹角减小 B．小球A对小球B的库仑力大小等于小球B对小球A的库仑力大小 C．若增加小球A的带电荷量，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变 D．若使小球A带电荷量变为－Q，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变 题5．如图所示，光滑绝缘的正方形水平桌面边长为d＝0.48 m，离地高度h＝1.25 m．桌面上存在一水平向左的匀强电场(除此之外其余位置均无电场)，电场强度E＝1×104 N/C.在水平桌面上某一位置P处有一质量m＝0.01 kg，电荷量q＝1×10－6 C的带正电小球以初速度v0＝1 m/s向右运动．空气阻力忽略不计，重力加速度g＝10 m/s2.求： (1)小球在桌面上运动时加速度的大小和方向？ (2)P处距右端桌面多远时，小球从开始运动到最终落地的水平距离最大？并求出该最大水平距离？ 参考答案 题1．选C　设A与B之间的距离为x，A受力平衡，根据平衡条件有＝，解得x＝L，qA不一定为＋4q，故A错误，C正确；对B受力分析，A、C对B的静电力的合力为F＝－，由于不知道A所带电荷量，故无法确定A、C对B的静电力的合力是否为零，故杆对小球可能是拉力、弹力或没有作用力，故B错误；A在原来的位置是平衡的，若将A向右平移一小段距离，B、C对A的静电力均增加，但B对A的静电力增加更快，由于A的电性不确定，故A被释放后可能向左运动，也可能向右运动，故D错误。 题2．选D　小球b与a球充分接触后b对a有个向下的库仑力，设为F′，则F′＝k＝k，示数为F1＝F＋F′，用手摸小球b使其再次不带电，后将该不带电小球b与a球再次充分接触并重新移至a球正上方L处，b对a向下的库仑力F″，F″＝k＝k，电子秤示数为F2＝F＋F″，因此F1＞F2，但F1≠4F2，A、B错误；若小球a带负电，L增大，根据库仑定律可知，F′减小，则F1减小，C错误；若小球a带正电，L减小，根据库仑定律可知，F″增大，则F2增大，D正确。 题3．选A　设小球C带负电，相邻小球间距为L，则对小球C在沿斜面方向受力分析，如图甲所示： 根据库仑定律FBC＝k、FAC＝k，显然小球C无法处于静止，因此小球C应该带正电。因此小球C平衡时，k＝k＋Mgsin α　①， 则＝Mgsin α。对B球做受力分析，如图乙所示： 根据受力平衡关系k＝k＋Mgsin α　②，两式联立解得qC＝q0，A正确。将C的电荷量代入①式，则L＝，D错误。A球所受总的库仑力为FA＝k－k　③，其中＝Mgsin α，可知＝Mgsin α或者＝Mgsin α，代入③式，则A球所受库仑力为FA＝2Mgsin α，方向沿斜面向下，C错误。对A球受力分析可知，F弹＝Mgsin α＋FA, 将上述结果代入得，F弹＝3Mgsin α，因此弹簧伸长量为Δx＝，B错误。 题4．B 根据共点力平衡得，小球B受到的库仑力F＝k＝mgtan θ，若小球A向左平移一小段距离，r减小，小球B受到A的库仑力F增大，丝线与竖直方向夹角θ增大，A错误；根据牛顿第三定律，小球A对小球B的库仑力与小球B对小球A的库仑力是一对作用力和反作用力，大小总是相等的，B正确；若增加A球带电荷量，根据共点力平衡得，小球B受到的库仑力F＝k＝mgtan θ，小球B受到A的库仑力F增大，则丝线与竖直方向夹角增大，C错误；若使A球带电荷量变为－Q，则小球B受到向右的库仑引力，向右偏，与A球的距离减小，库仑力将增大，则丝线与竖直方向夹角将增大，D错误． 题5．答案　(1)1.0 m/s2　方向水平向左　(2) m　 m (1)对小球受力分析，受到重力、支持力和电场力，重力和支持力平衡，根据牛顿第二定律，有：a＝＝＝ m/s2＝1.0 m/s2，方向水平向左． (2)设球到桌面右边的距离为x1，球离开桌面后做平抛运动的水平距离为x2，则：x总＝x1＋x2 由：v2－v02＝2ax1；代入，解得：v＝ 设平抛运动的时间为t，根据平抛运动的分位移公式，有：h＝gt2，代入得：t＝0.5 s. 水平方向，有x2＝vt＝0.5，故 x总＝x1＋0.5 令：y＝；则：x总＝ 故y＝，即：x1＝时，水平距离最大，最大值为 xmax＝ m 教学反思 1.学生常忽视库仑定律的适用条件，把相距很近的带电球直接代入公式，须用实例强化“点电荷”的前提。 2.叠加问题中画力的示意图不规范，需强调先作受力图、再按平行四边形法则求合力。 3.静电力与万有引力“同是平方反比”易混淆，要突出两者决定因素不同、微观中静电力占主导。 8 学科网（北京）股份有限公司 $