庫(kù)侖定律+教學(xué)設(shè)計(jì) 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)+

2庫(kù)侖定律目標(biāo)素養(yǎng)1．物理觀念：引導(dǎo)學(xué)生了解庫(kù)侖定律，體會(huì)電荷之間的相互作用力的大小與哪些因素相關(guān)，為學(xué)生構(gòu)建更完整的相互作用觀念。2．科學(xué)思維：通過(guò)類比質(zhì)點(diǎn)模型，讓學(xué)生建構(gòu)理想化的點(diǎn)電荷模型，知道建立點(diǎn)電荷模型的條件，體會(huì)建構(gòu)模型是物理學(xué)中重要的研究方法之一；通過(guò)研究電荷之間的相互作用力與距離之間的關(guān)系，讓學(xué)生體會(huì)控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中提取證據(jù)，并能基于證據(jù)得出結(jié)論；讓學(xué)生理解庫(kù)侖定律的內(nèi)涵和適用條件，通過(guò)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)規(guī)范地應(yīng)用庫(kù)侖定律計(jì)算點(diǎn)電荷之間的靜電力，并能結(jié)合力的合成與分解的知識(shí)解決多個(gè)電荷之間的相互作用問(wèn)題，逐步提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力；通過(guò)了解庫(kù)侖定律的建立過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)類比在該過(guò)程中的重要作用，并能意識(shí)到類比不是嚴(yán)格的推理，類比提出的猜想是否正確需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。3．科學(xué)探究：通過(guò)對(duì)庫(kù)侖扭秤的觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考庫(kù)侖扭秤的工作原理，體會(huì)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)力矩平衡實(shí)現(xiàn)“小量放大”的精妙實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)了解庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的一些共性與創(chuàng)新，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，養(yǎng)成尊重事實(shí)、善于反思和勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)1．點(diǎn)電荷模型的物理意義及建立點(diǎn)電荷模型的條件。2．庫(kù)侖定律及庫(kù)侖定律的適用條件，應(yīng)用庫(kù)侖定律計(jì)算點(diǎn)電荷之間的相互作用力。難點(diǎn)1．庫(kù)侖定律及庫(kù)侖定律的適用條件。2．通過(guò)疊加的物理思想，計(jì)算帶電體之間的相互作用力。教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備1．搜集庫(kù)侖定律的探究過(guò)程的相關(guān)歷史資料。2．搜集庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)的圖片或視頻。3．制作本節(jié)課的多媒體課件。學(xué)生準(zhǔn)備1．預(yù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。2．復(fù)習(xí)電荷、電荷守恒定律、電荷量等相關(guān)知識(shí)。導(dǎo)入新課導(dǎo)入一（情境導(dǎo)入）教師庫(kù)侖是法國(guó)工程師、物理學(xué)家。主要貢獻(xiàn)有扭秤實(shí)驗(yàn)、庫(kù)侖定律、庫(kù)侖土壓力理論等。在建立庫(kù)侖定律的過(guò)程中，他通過(guò)精密的實(shí)驗(yàn)對(duì)電荷間的作用力進(jìn)行了一系列的研究，連續(xù)在皇家科學(xué)院備忘錄中發(fā)表了很多相關(guān)的文章。1785年，庫(kù)侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫(kù)侖定律。同年，他在給法國(guó)科學(xué)院的《電力定律》的論文中詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。庫(kù)侖是怎樣通過(guò)扭秤來(lái)建立庫(kù)侖定律的呢？那就讓我們開始今天的學(xué)習(xí)吧。導(dǎo)入二（問(wèn)題導(dǎo)入）教師電荷之間存在著相互作用力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。那么，電荷之間的作用力大小與電荷量的多少以及電荷之間的距離大小存在著怎樣的關(guān)系呢？教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)一：電荷之間的作用力教師演示實(shí)驗(yàn)：如圖所示，帶正電的帶電體C置于鐵架臺(tái)旁，把系在絲線上帶正電的小球先后掛在P1觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并思考：（1）懸線與豎直方向的夾角的大小說(shuō)明了什么？（2）該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明帶電小球受到的電荷間的作用力的大小與什么因素有關(guān)？大致是何種關(guān)系？學(xué)生通過(guò)力學(xué)分析可知，懸線與豎直方向的夾角越大，說(shuō)明小球受到的靜電力越大。將帶正電的小球分別掛P1該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明電荷之間的相互作用力與它們之間的距離有關(guān)，距離越大，靜電力越小。教師請(qǐng)同學(xué)們猜想一下，電荷之間的相互作用力還可能和什么因素有關(guān)？你是否可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)你的猜想進(jìn)行驗(yàn)證？學(xué)生電荷之間的相互作用力還可能與帶電量的大小有關(guān)。應(yīng)用上面的實(shí)驗(yàn)器材，將帶電小球只懸掛在P1位置，讓帶電小球的帶電量逐漸增加。通過(guò)對(duì)比幾次實(shí)驗(yàn)中懸線與豎直方向的夾角，分析得出結(jié)論。教師真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。這個(gè)規(guī)律叫作庫(kù)侖定律。這種電荷之間的相互作用力叫作靜電力或庫(kù)侖力。在庫(kù)侖定律中提到了點(diǎn)電荷的概念，那么，同學(xué)們是怎樣理解點(diǎn)電荷的呢？學(xué)生兩個(gè)實(shí)際的帶電體間的相互作用力與它們自身的大小、形狀以及電荷分布都有關(guān)系。任何帶電體都有形狀和大小，當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體可以看作帶電的點(diǎn)，叫作點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，也是一種理想化模型。設(shè)計(jì)意圖通過(guò)觀察探究電荷之間的相互作用力與距離之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中如何做到控制變量，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較電荷之間的相互作用力的大小，引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象獲得證據(jù)，并能基于證據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的預(yù)判，逐步提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。通過(guò)設(shè)計(jì)探究電荷之間的相互作用力與電荷量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何改變小球所帶的電荷量，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)更多的實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生基于物理問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并制訂實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)探究能力。通過(guò)與質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行類比，幫助學(xué)生了解點(diǎn)電荷的概念，知道點(diǎn)電荷和質(zhì)點(diǎn)一樣屬于物理中的理想化模型，感受在科學(xué)研究中建立理想化模型的重要意義。環(huán)節(jié)二：庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)在庫(kù)侖那個(gè)年代，還不知道怎樣測(cè)量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量的單位都沒(méi)有。不過(guò)，兩個(gè)相同的金屬小球，一個(gè)帶電、一個(gè)不帶電，互相接觸后，它們對(duì)相隔同樣距離的第三個(gè)帶電小球的作用力相等，因此，可以斷定這兩個(gè)小球接觸后所帶的電荷量相等。提出問(wèn)題：有三個(gè)完全相同的金屬球，球A帶的電荷量為q，球B和球C均不帶電?，F(xiàn)要使球B帶的電荷量為398，應(yīng)該怎么操作？將球A先和球B接觸，球A和球B的電荷量均為，再將球A與球C接觸，球A和球C的電荷量均為，最后再將球A和球B接觸，球B的電荷量就為。庫(kù)侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置叫作庫(kù)侖扭秤。如圖所示，細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個(gè)小球A，另一端通過(guò)物體B使絕緣棒平衡，懸絲處于自然狀態(tài)。把另一個(gè)帶電的金屬小球C插入容器并使它接觸A，從而使A與C帶同種電荷。將C和A分開，再使C靠近A，A和C之間的作用力使A遠(yuǎn)離。扭轉(zhuǎn)懸絲，使A回到初始位置并靜止，通過(guò)懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。改變A和C之間的距離r，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，就可以找到力F與距離r的關(guān)系。通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)得出：帶有同種電荷的兩球之間排斥力的大小與兩球中心之間的距離的二次方成反比。那么，能否可以得出結(jié)論：電荷間的相互作用力滿足與距離的二次方成反比呢？這樣得到的結(jié)論是不全面的，異種電荷之間的吸引力大小的關(guān)系并沒(méi)有確定，還不能得出結(jié)論。教師事實(shí)上，庫(kù)侖在探究異種電荷吸引力與其距離的關(guān)系時(shí)，再次利用扭秤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到了困難，原因在于兩個(gè)小球相互吸引，部分電荷出現(xiàn)中和現(xiàn)象，導(dǎo)致裝置不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。庫(kù)侖受到牛頓的啟發(fā)，把電的引力與地球的萬(wàn)有引力進(jìn)行類比重新設(shè)計(jì)了電擺實(shí)驗(yàn)。感興趣的同學(xué)可以通過(guò)上網(wǎng)查閱資料的方式了解這段歷史。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以得到關(guān)系式：F=kq1q2r2環(huán)節(jié)三：靜電力計(jì)算教師出示例題1：相距1m且均帶有1C電量的兩個(gè)物體間的庫(kù)侖力是多大？這一結(jié)果說(shuō)明了什么？根據(jù)庫(kù)侖定律可知F=kq1q出示例題2：已知?dú)浜耍ㄙ|(zhì)子）的質(zhì)量是1..67×10?27kg,，電子的質(zhì)量是9.1x<，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為<5.3×1根據(jù)庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律可得：FF則F氫原子核與電子之間的靜電力是萬(wàn)有引力的2.3×10可見(jiàn)，微觀粒子間的萬(wàn)有引力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力。因此，在研究微觀帶電粒子的相互作用時(shí)，可以把萬(wàn)有引力忽略。教師出示例題3：如圖甲所示，真空中有三個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷，它們固定在邊長(zhǎng)50cm的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量都是2.0x10-6C，求它們各自所受的靜電力。甲乙學(xué)生如圖乙所示，選擇點(diǎn)電荷q3進(jìn)行受力分析，它共受到F1和F根據(jù)庫(kù)侖定律，可知F根據(jù)平行四邊形定則可得F=2F每個(gè)點(diǎn)電荷所受的靜電力的大小相等，數(shù)值均為0.25N，方向均沿另外兩個(gè)點(diǎn)電荷連線的垂直平分線向外。設(shè)計(jì)意圖這部分內(nèi)容是運(yùn)用庫(kù)侖定律來(lái)解決問(wèn)題。例題1的設(shè)置是為了讓學(xué)生對(duì)于1C的電荷量有一個(gè)定量的認(rèn)識(shí)；例題2的設(shè)置是為了讓學(xué)生通過(guò)規(guī)范的定量計(jì)算，體會(huì)到靜電力遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力，這也是為什么在靜電場(chǎng)中經(jīng)常不計(jì)重力的原因，讓學(xué)生在分析問(wèn)題中學(xué)會(huì)“抓住主要因素，忽略次要因素的影響”；例題3的設(shè)置是為了培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力，一定要讓學(xué)生畫好矢量圖，這是處理力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵。核心總結(jié)本節(jié)課的課標(biāo)要求是：“知道點(diǎn)電荷模型，知道兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律，體會(huì)探究庫(kù)侖定律過(guò)程中的科學(xué)思想和方法?！秉c(diǎn)電荷模型的建立可以類比質(zhì)點(diǎn)模型的建立過(guò)程，這對(duì)于學(xué)生而言理解起來(lái)并不困難。對(duì)于庫(kù)侖定律，要讓學(xué)生明確它的使用條件，除此之外，還要規(guī)范這部分內(nèi)容的解題步驟，為后面學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度的內(nèi)容做好鋪墊。對(duì)于庫(kù)侖定律建立過(guò)程中的科學(xué)思想方法，要讓學(xué)生逐步體會(huì)庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處，感受控制變量法、微小量放大法、電荷等分法在庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，逐步提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。板書設(shè)計(jì)第2節(jié)庫(kù)侖定律1．電荷之間的作用力（1）庫(kù)侖定律：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。（2）點(diǎn)電荷2．庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)（1）庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)（2）電擺實(shí)驗(yàn)（3）庫(kù)侖定律表達(dá)式：F=kq1q3．靜電力計(jì)算教學(xué)研討本節(jié)課的教學(xué)中，要重視物理學(xué)史在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要作用。首先要深度挖掘庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處，近距離了解物理學(xué)家對(duì)于科學(xué)研究不畏艱辛、勇于創(chuàng)新，對(duì)物理探索時(shí)刻充滿熱情的科學(xué)態(tài)度，逐步提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和