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视频课题：高中物理教材（选修3-1）第一章第2节《库仑定律》广东省 - 湛江
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高中物理教材（选修3-1）第一章第2节《库仑定律》广东省 - 湛江
《库仑定律》教学设计
【教材分析】
《库仑定律》是高中物理教材（选修3-1）第一章第2节的内容。从知识发展的线索看，本节内容的核心是库仑定律，它是静电学的第一个实验定律，是学习电场强度的基础，是电磁学的基本定律之一。在理论推导过程中，有利于强化学生对万有引力定律的对比理解和对控制变量法的应用。
本节内容从定性探究到定量实验研究带电体相互作用的规律，得出库仑定律。
【学情分析】
结合现阶段学生的认知结构、认知水平以及知识跨度，分析学生学情如下：
通过第1节内容的学习，学生知道了使物体带电的三种起电方式，理解了电荷的基本概念，掌握了电荷守恒定律的重要内容。学生已经对看不见摸不到的电学研究掌握了一定的方法，也萌发了进一步探究的兴趣。那么，静电场的诸多特性究竟对我们的生产和生活有哪些作用和影响呢？这是学生亟待解决的问题，引入“库仑定律”已经到了水到渠成的时候了。
针对学生的学情，给出相应的学法指导：
为适应高二学生认知特点和思维发展水平，在本节课教学中，通过演示实验激发学生的学习和探索欲望，合作探究引导学生观察思考、理论推导、分析归纳、得出结论，在其中渗透物理学的分析问题和解决问题的方法，从合理猜想到定性分析，再到定量研究，最终得到库仑定律的表达形式，使学生得到学习方法的训练。
通过展示自制的实验装置，点燃学生的创造热情，升华教师的教育灵魂，使学生理论联系实际，科学指导生活。
【教学思想】
《物理课程标准》指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。”本节课是一堂比较典型的探究课,师生探究并应用库仑定律,在教学设计中改变过去过分强调知识传承的倾向,将重点放在培养学生的探究能力上,科学探究贯穿于教学的各个环节。
1、在库仑规律的探究过程中，通过给学生演示实验创设情景，充分调动学生的积极性，使学生去讨论、去猜想、设计实验方案并动手做实验，让学生成为电荷间相互作用规律的“发现者”，课堂的主人翁，使本节课的教学过程如同研究课题那样去进行。
2、在整个教学过程中，教师是学生学习的合作者、引导者和参与者。教学过程是师生交流、共同发展的互动过程。当学生遇到困难时，教师要和学生一起猜想、分析，从中点拨他们的思维。
3、教学过程是让学生通过探索、思考、研究获取知识的过程，在这个过程中教师引导，学生思考，师生共研。本节内容教学设计思想是通过从现象到本质，从定性到定量，逐层深入引导学生思考，参与探究，在激起学生兴趣的同时，吸引学生深入探究，以此渗透培养学生的科学素养，提高学生的思维逻辑性、严谨性，同时也培养了学生积极向上，勇于探索，追求新知的精神。
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【教学目标】
1．知识与技能目标
①了解人类探求电荷间相互作用力的过程。
②了解库仑扭秤实验，了解库仑对电荷间相互作用力探究的贡献。 ③了解点电荷。
④掌握库仑定律的内容及应用。 2．过程与方法目标
①通过对库仑定律建立过程的探究与学习，初步了解研究物理问题的一般程序，认识物理实验在物理学发展过程中的作用与地位。
②掌握研究物理问题的一些常用的方法如：控制变量法、理想模型法、测量变换法等。 3．情感态度与价值观
①体验探究规律的乐趣，体会研究过程的艰辛，收获成就的喜悦，进而培养学生面对困难不退缩，面临挑战敢担当的精神，培养学生对科学的热爱，对探究的热情。
②培养学生运用“发现问题、合理猜想、实验探究”的探究物理规律的科学方法的能力。 ③通过静电力与万有引力的对比，体悟自然规律的多样性与统一性。
④通过对库仑定律建立的回顾，以及相关物理史实的介绍，培养学生的科学素养，培养学生勇于探索未知世界的精神。
通过以上三个目标的实现，不仅可以达到本节课的三维目标，也可以实现学科知识、学生创造、社会发展三方面的整合。
【教学重点与难点】
教学重点：①掌握研究物理问题的一些基本方法，完成对库仑定律的探究。 ②用库仑定律计算真空中静止点电荷间的相互作用力。
教学难点：静电实验的操作，运用数学知识对实验现象的科学分析、归纳总结。
【教学策略选择与设计】
为了打造“自主学习，合作探究，精讲释疑，训练检测”的课堂特点，突出重点，突破难点，通过对本节课的教法学法分析，遵照新课改的具体目标之一“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养其合作交流的能力”的理念。本节课主要采用探究式、启发式、实验法、分析法、归纳法和讨论法等教学方法。通过师生一起探索发现物理规律，激发学生学习兴趣，充分调动学生学习积极性，体现“教师为主导，学生为主体”的新课程教学原则。
具体的教学手段有多媒体课件展示、演示实验、学生分组实验、讲授法、分组讨论法等。
【教具准备】
自制“电荷之间相互作用”演示仪、“探究影响电荷间相互作用力因素”实验材料、自制“用简易方法定量验证库仑定律”演示仪。
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【教学过程】
教学过程
教学内容
设计意图
教师活动
学生活动
（一） 新 课 引 入 利用“静电铃”敲响上课铃声。 简单介绍“静电铃”结构，结合本章第一节的内容，让学生猜想其原理。请大家跟随老师一起来学习电荷间相互作用力的规律：库仑定律。
学生聆听别致的铃声，思考“静电铃”的工作原理，学习兴趣浓厚。 通过情景教学，激发学生的学习兴趣，激起学生
的求知欲。 电铃声音别致，调动学生的积极性，活跃了课堂气
氛，吊足学生的胃口，设置悬念，将学生引入新课环节。
（二） 新 课
教
学
一、教师演示实验并引导学生合理猜想
影响电荷间相互作用力的因素
提出问题： 通过何种方法改变铃声的强度？
电荷间相互作用力与哪些因素有关？
引发学生思考。 二、学生分组完成定性实验探究： 影响电荷间相互作用力因素的影响效果
猜想：电荷间相互作用力可能与带电体间的距离、电荷量等因素有关。
如何做实验定性探究？ (1) 你认为实验应采取什么方法来研究电
荷间相互作用力与各可能因素的关系？
学生：当一个物理量与多个量相关时，
学生思考：影响电荷间
相互作用力的因素有哪些。
学生以小组为单位，明确实验目标，观察实验器材，设计实验
方案，合理分工，相互
配合，完成探究，得出结论。具体方法是： 1、保证两带电体所带
电量一定，改变两带电
体间的距离，观察橡胶
棒转动情况，分析得到
结论。 2、保证两带电体间距
离和其中一个带电体
电量不变，改变另一个
合理猜想，符合认知规律，为本节课的探究奠定基础。
学生经过“电铃”演示实验的观察，科学猜想到影响电荷间相互作用力的因素可能有距离和电荷量，那么究竟这两个因素对相互作用力有怎样的影响效果呢？学生的好奇心已经被充分调动，这是学生
a
4
应采用控制变量法。
(2) 请阅读教材，如果要比较这种作用力的大小可以通过什么方法直观的显示出来？ 学生：比较橡胶棒转动明显程度。 (3)实验前先思考:可用什么方法改变（如减少）带电体的电荷量?
学生：橡胶棒与毛皮不同程度的摩擦，橡胶棒的带电量有所不同。
与毛皮摩擦橡胶棒a，将它放在圆盘顶针上静置。摩擦另一根橡胶棒b，将它靠近橡胶棒a，观察现象。
1、改变两橡胶棒之间的距离，观察对比棒a的转动情况有何变化？
2、用力多摩擦几次橡胶棒b与轻轻摩擦一下橡胶棒b与a作用，观察对比两次棒a的转动情况有何变化？
通过观察对比，引导学生得到定性结论：影响电荷间相互作用力与哪些因素相关及影响效果。 定性实验结论：
①当电量q一定时，距离r越小，棒的偏转程度越明显，则作用力F越大。
②当距离r一定时，电量q增加，棒的偏转程度越明显，则作用力F越大；
实验条件：保持实验环境的干燥、无风。 三、教师演示并引导学生分析定量实验：
探究电荷间相互作用力的表达式
带电体电量，观察橡胶棒转动情况，分析得到结论。
学生观察实验现象，思考并对比，回答相应问题：
1、橡胶棒经与毛皮摩擦后，其表面带上负电荷，两橡胶棒带同种电荷相互排斥，导致a棒绕顶针发生转动。 说明电荷之间有相互作用。
2、两橡胶棒间距离越近，棒a的转动效果越明显。
3、适当的较长时间用力摩擦与轻轻摩擦几下对比，棒b所带电荷量有所不同，较长时间用力摩擦其带电量更多，棒a的转动效果更明显。
学生完成分组实验探究后，派小组代表描述实验现象，概括实验结论。 亟待解决的问题了。
结合高中物理必修部分对科学研究办法的回顾，学生自然想到探究本实验方法和步骤，合理分工探究，通过观察现象得到结论。让学生体验到探究的乐趣和合作解决问题的喜悦。
盘面用不同颜色间隔成16份，便于学生观察比较棒的转动情况，实验教具制作精美，引起学生的注意，吸引学生进一步思考和探究。
在教材中是通过库仑扭秤实验来研究库仑定律的，由于库仑扭秤结构复杂，操
5
<结构介绍>：利用万分之一克精度的电子分析天平测量电荷间相互作用力，两个金属薄片分别连接有绝缘支架，金属圆片A固定放置在检测台上，金属圆片B嵌入固定支架，可以通过其绝缘支架的刻度测量两薄片间距离。
<实验原理>：将金属圆片A连同绝缘支架放在分析天平检测台面上，用“归零”功能将示数调零，再将金属圆片B连同绝缘距离标尺固定在玻璃罩上方，让两金属圆片正对。当用起电机让两金属圆片带上同种电荷后，由分析天平示数通过单位换算即可得到金属圆片A所受到的库仑力大小。
1、教师演示实验（请学生记录实验数据）保持电荷量不变，电荷间相互作用力与距离之间的关系：
距离r（m） 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
F
（9.8×10-7N）
1/r
（m-1）
1/r2
（m-2）
教师引导学生观察数据，结合刚刚的定性判断，大家有什么发现？F随r的增大而减小，因此首先考虑做反比例函数。利用Excel公式计算1/r，描点作图。发现F与1/r的函数是曲线，进一步尝试做1/r2函数。 做出散点图连线，引导学生思考发现了什么规律？
结论1：由此我们得到：保持两带电体的电荷量不变，改变两者之间的距离r，从实验结果中得出作用力与距离的二次方成反比，即 F∝1/r2
2、教师播放视频再现实验（由于实验条件苛刻，要求在干燥无声的环境下，40秒内采集完数据，请学生分工记录）保持距离不变，电荷间相互作用力与电荷量之间的关系：
教师介绍本定量实验的实验器材和结构，学生思考本实验的设计意图以及实验原理。
学生通过了解器材结构，理解实验原理，观察实验现象，记录实验数据，分析实验结果等环节，亲身经历了科学探索库仑定律的历程，运用了数学知识分析数据，通过描点作图，得到重要的实验结论。
利用控制变量法分别完成两部分实验操作，将实验数据记录到表格中，学生通过观察表格数据，进行描点作图，运用自己的数学知识分析，自行推导拟合出电荷间相互作用力与电荷量之间和距离之间的定量关系。
作精确度要求高，使该实验在中学教学中一直得不到普遍应用，所以，库仑定律的定量分析在教学上成了许多教师回避的课题。
本实验设计演示恰好解决这个问题，能够让学生在回顾已有知识的过程中，运用知识探索规律，分析数据归纳结论。
本实验的设计亮点：1、精度高：由于电荷量的限制，库仑力一般十分微弱，能检测微小的库仑力。利用十万分之一精度电子分析天平可精确测量。2、反应快：静电实验过程中，电荷量会逐渐减少，快速得到数据非常重要。该方案不需要调节待测物体的平衡，五组实验数据在40秒内即可完成。3、实验简洁：带电体由铝箔纸做成圆片形
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电荷量q1 q0
1/2
q0
1/4 q0
1/8 q0
F（9.8×10-7
N）
教师引导学生思考如何分析实验数据呢？利用Excel输入数据，生成散点图近似连成一条直线。引导学生进一步观察图像，能得出什么结论？
思考：如果我们改变金属圆片B的电量，能不能得到同样的结论呢？为什么？
结论2：由此我们可以得到：保持两带电体间的距离不变，改变其所带电荷量，从实验结果中得出作用力与电荷量的乘积成正比，即 F ∝q1q2
四、介绍物理学史和库仑扭秤：
库仑定律的内容
根据我们的定量实验，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，它们之间存在“平方反比”的关系。这隐约使我们猜想，电荷之间的作用力是否与万有引力具有相似的形式呢？事实上，在很早以前，一些学者也是这样猜想的，卡文迪许和普利斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的作用力。但是仅靠一些定性的实验，不能证明这样的结论。
而这一猜想被库仑所证实，库仑在探究三者之间的定量关系时，定量实验在当时遇到的三大困难：
① 带电体间作用力小，没有足够精密的测量仪器；怎样确定带电体间的作用力的数量关系？
② 没有电量的单位，无法比较电荷的多少；怎样确定电荷量的数量关系？ ③ 带电体上电荷分布不清楚，难测电荷间距离。怎样测定电荷间的距离？ 同学们，如果是你，你能想到怎样的方法来
经过定律演示实验的观察和分析，学生得到了各物理量之间的“平方反比”的关系。思考如何进一步利用数据分析。 聆听教师介绍物理学史——库仑的研究历程针对定量实验中遇到的三大困难问题，结合自己已有知识，思考解决办法。 状，粘贴在有机玻璃底座上，减少了带电体形状对电荷分布产生的影响。同时使带电体间的距
离控制和计算均更简洁。 让学生在观察、分析、思考中体会探索物理奥秘的乐趣。 回顾必修部分的学习中也有类似“平方反比”的表达形式——万有引力。引导学生采用知识类比的办法将
已有知识进行迁移。 在理论教学中增添物理学史的知识，一方面增强了课程的丰富性和趣味性，另一方面让学生真正走进科学，了解和体会科学探索的
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解决这些困难？
引导学生用类比的方法得出三大困难
的对策： 卡文迪许扭称实验——库仑扭称实验，
对称性——等分电荷法，
质点——点电荷 ①放大思想：力很小，但力的作用效果（使悬丝扭转）可以比较明显。
②转化思想：力的大小正比于悬丝扭转角，
通过测定悬丝扭转角度倍数关系即可得到力的倍数关系
③均分思想：带电为Q的金属小球与完全
相同的不带电金属小球相碰分开，每小球带电Q/2，同理可得Q/4、Q/8等电量的倍数关系（电荷在两个相同金属球之间等量分
配）。
④理想化模型思想：把带电金属小球看作点电荷（理想化模型）利用刻度尺间接测量距离。
点电荷：当带电体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做带电的
点，叫点电荷。它是一个理想化模型，实际
上点电荷不存在。 (与“质点”进行比较)
学生积极参与讨论、思考，大胆提出实验的设计构想： 悬丝扭转、利用完全相同的带电体平分电量、利用刻度尺间接测量距离等„„
艰辛历程，培养科学素养，
培养勇于科学
探索的精神。
利用已有
的知识进行类
比和巧妙迁
移，帮助学生迅速接受并掌握新知识。
将物理学
的科学研究办
法不断渗透，
使学生在对比
理解中巩固科学思想，加深
认识，有利于
真正认识到物
理研究的内涵。
学生在完
成探究的过程
中，不但能学
到知识和探索的方法，体验
到探索的乐
趣，还能认识
到探索自然科
学规律必须采
取认真细致严
谨的科学态
度。
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五、库仑定律
内容：真空中两个静止点电荷间的作用力大小与两电荷量的乘积成正比，与电荷间的距离平方成反比，作用力的方向在它们的
连线上。这个规律叫做库仑定律。
电荷间这种相互作用的电力叫做静电
力或库仑力。 公式: 说明:
①k为静电力常量, k=9.0×109N.m2/C2,
其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F、q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F：N，
q：C，r：m。. ② 库仑定律的适用条件：真空中两个静止点电荷。
让学生回答实际带电体可以看成点电
荷的条件。 思考：
A、当r趋向于无穷大时，F趋向于0吗？
B、当r趋向于0时，F趋向于无穷大吗？
③关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向。 ④F是Q1与Q2之间的相互作用力，是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小
相等方向相反。
⑤库仑力(静电力)是与重力、弹力、摩擦力一样，属于性质力。
任意带电体可以看成是由许多点电荷组成的，所以，知道带电体上的电荷分布，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。
跟读理解，结合前面实验得到的结论，进一步根据定律描述记忆库仑力的表达形式。
学习理解点电荷概念及其要点。 根据表达式，应用数学知识解释极限情况。
A、
“当r趋向于无穷大时，F趋向于0”正确。 B、
“当r趋向于0时，F趋向于无穷大”错
误。因为当r趋向于0时，带电体就无法被视为点电荷，
不符合库仑定律的适用范围，因此错误。
培养学生
总结归纳能力，抓住定律
的要点内涵。
应用量纲
法解决问题。
突出本节
的易错点：适用条件。
在将数学
知识应用在解
决物理问题
时，不能简单
进行数学推导，还要结合物理量实际的
物理意义分析结论。
221rqqkF
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【精讲释疑 训练检测】
氢原子由一个质子和一个电子组成。根据经典模型，电子绕核做圆周运动，轨道半径r
为5.3×10-11
m。已知两者之间的万有引力作
用大小为3.7×10-47
N（质子的半径约为10-16
m），求：
（1）电子受到的静电力。
（2）电子受到的静电力是万有引力的多少倍。
讲解完库仑定律的内容及要点分析后，通过练习题训练巩固知识。
1、通过微观粒子的数据让学生直观判断和应用“点电荷”。
2、应用库仑力公式计算，讲解带入数据的原则和技巧。
3、通过库仑力和万有引力的大小对比，得到“研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略”的重要结论。
认真审题，利用刚刚学习的库仑定律相关内容进行分析判断，应用库仑力计算公式进行计算。 分析计算结果，思考数据的意义。
精讲释疑，训练检测，
通过及时训练，让学生更深刻的理解抽象的概念和方法，达到巩固知识，提升课堂效果的目的。
课 堂 小 结
本节课我们回顾了起电的基本知识，猜想了影响电荷间相互作用力的因素，领略了科学先驱探索和发现库仑定律的曲折历程，探究了电荷间相互作用力与电荷量和距离之间的关系，并在分析这些关系的基础上，逐步解释它的物理本质，建立物理模型，形成物理规律。这样有助于加深对物理概念、物理规律建立过程的理解，这是研究物理问题的重要方法。
最后我们伴着熟悉的旋律，唱响本节课的重难点。
《小苹果——库仑定律版》
电学世界很神奇， 我们一起探奥秘， 今天是个难忘日子。 起电方式有三种， 摩擦、接触和感应， 电荷间有相互作用。
同种电荷相互排斥看着很有趣， 异种电荷相互吸引觉得更神奇。 真空中静止点电荷计算静电力， 库仑扭秤精密实验（揭）库 仑 定 律
F与Q1、Q2成呀成正比， F与r的平方成反比，
电荷之间连线方向，是引力还是斥力？
学生在老师的引领下迅速回顾本节课的知识内容，强化记忆重点和难点。
师生共同伴着《小苹果》的乐曲将歌词改编为本节知识内容，朗朗上口，帮助记忆。
以学生熟悉的流行乐曲为旋律，串入知识为歌词帮助学生牢固记忆。
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取决于电性！
F与Q1、Q2成呀成正比， F与r的平方成反比， 科学家先驱者啊激励我们， 奇妙世界就要探索。
再次演示“静电电铃”实验，敲响本节课下课铃。给学生布置思考题。
观察“静电电铃”，结合本节知识，思考其原理。学生讨论交流，尝试解释现象。
通过“下课铃”情景创
设，体会其中蕴含的物理知识，同时培养学生的观察能
力和分析解决问题的能力。体现从“生活走向物理，物理走向社会”的新课程理念。
作业
布置
1、《导学案》课后练习题
2、思考：结合本节课知识“静电电铃”的
工作原理。
小结本节课的所学、所知。
通过学生的自我评价，培养学生不断总结，不断修正认识的学习态度，进一步体会物理探究的几个环节，同时更好地体现以学生为主体，教师为主导的教学理念。 【板书设计】
多 媒 体 播 放 区
第一章第2节 库仑定律 一、电荷间相互作用力
二、影响因素
1、猜想： 2、探究： 3、分析： 4、结论：„„
三、库仑定律
1、点电荷
2、内容
（1）适用条件：真空中的静止点电荷 （2）表达式2
21r
q
qk
F
（3）方向：两电荷连线上 四、库仑定律的应用
学 生 展 示 区
【教学反思】
成功之处：
本节课以“新课引入——合作探究——应用反馈——总结反思——评价提升”这样的教学程序，打造“自主学习，合作探究，精讲释疑，训练检测” 为特点的高效课堂。通过师生之间、生生之间的平等合作、交流沟通，落实了《新课标》的要求，充分体现教师为主导、学生为主体的新教学理念，在课堂上尽量发挥学生的主观能动性，让他们不断尝到成就感，教师起到导的作用。学生作为学习主体，以及建构知识的主体地位，从而能够较好的达到了本节课的教学目标，在教学实际中践行高效课堂的教育理念。本节课多次展示自制的“低成本演示实验器材”，解决了学生对抽象的电荷间相互作用理解的障碍和以往对静电现象应用的空谈，体现了物理教育理论联系实际，培养学生发现精神的设计理念。进一步提高学生的创新思维和创造能力，塑造坚强、坚韧、勇敢的人格，培养具有勇于创新，善于创造的科学素养的高素质人才。
不足之处：
由于受到气候影响以及实验条件所限，在分组实验中学生以学习小组为单位探究电荷间相互作用力影响因素的实验和教师演示实验效果受到不同程度的影响。由于时间限制，对于静电现象在生产和生活中的广泛应用也没有充分的展示或带领学生实地观摩，确实留有遗憾。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
