庫侖定律微課教學設計必修第三冊

《庫侖定律》教學設計教學設計思路本節(jié)課的核心內(nèi)容是庫侖定律及其適用條件。由于庫侖定律的定性及定量的探究實驗，對實驗環(huán)境的要求很高，是教學的難點。該教學設計從兩個方面入手，突破本節(jié)課的教學重點及難點。①從錫箔小球的平衡狀態(tài)入手，讓學生感知靜電力的存在，把抽象陌生的物理量“實物”化，并通過定量計算，體會靜電力是微小作用力這一特點。也能得出靜電力大小與細線的偏角成正相關(guān)，自然而然引出定性分析靜電力與距離、電荷量關(guān)系的實驗操作方法；②把不完美的實驗數(shù)據(jù)變成培養(yǎng)學生科學思維的素材。通過分析金屬球間靜電力大小與球心間距離的實驗數(shù)據(jù)，引導學生反思庫侖定律的適用條件，強化對“點電荷”這個理想化物理模型的理解，體會建模的原因和重要意義。針對情境設置引發(fā)學生深度學習的問題串，層層遞進，從現(xiàn)象到本質(zhì)，幫助學生建立靜電力的知識結(jié)構(gòu)是本節(jié)教學設計的亮點。教學目標設計素養(yǎng)要求課時學習目標物理觀念1.知道靜電力與哪些因素有關(guān)。理解庫侖定律的內(nèi)涵和適用條件；2.知道點電荷的概念和物理意義，以及建立點電荷模型的條件；3.通過學習庫侖定律，體會電荷之間產(chǎn)生的靜電力的相互作用觀；科學思維1.通過觀察靜電現(xiàn)象，增強建模能力和科學推理能力；2.通過對“萬有引力”和“庫侖力”的對比，“質(zhì)點”與“點電荷”的類比，體會類比、遷移等思想方法的重要意義，增強使用理想化物理模型解決問題的意識；3.通過觀察庫侖扭秤的巧妙設計，體驗對稱、微小放大和類比的思想方法；科學探究通過實驗探究靜電力的影響因素，并對實驗現(xiàn)象進行定性分析和定量計算；通過對兩帶電球體間靜電力規(guī)律的分析，提高論據(jù)意識和實驗創(chuàng)新能力；科學態(tài)度與責任了解并感悟科學家揭示科學本質(zhì)的艱辛歷程以及巧妙思想；體會物理科學的和諧與統(tǒng)一之美；教學流程設計一、基于情境，提出問題情境引入：播放閃電視頻，由視頻中閃電過程釋放能量引入話題：關(guān)于閃電，同學們覺得有哪些問題值得我們思考和研究？如：能量從哪里來？能量的轉(zhuǎn)化總是與力做功息息相關(guān)，是什么力在做功？電荷與電荷的作用力有何特點？教師總結(jié)：電荷與電荷間的作用力，稱之為靜電力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。研究靜電力的特征及大小是研究靜電場問題的基礎，由于閃電問題太過復雜，先嘗試分析帶電小球在靜電力作用下的狀態(tài)。二、分析問題，展開研究任務1感知靜電力及其影響因素圖2圖2小球質(zhì)量圖1帶電小球問題1:觀察帶電小球的狀態(tài)，建立物理模型，思考如何測量小球所受靜電力的大??？問題2:根據(jù)圖1和圖2數(shù)據(jù)，計算靜電力大?。繂栴}3:猜想小球所受靜電力大小與什么因素有關(guān)？設計目的：初步感知靜電力，通過定量計算得出數(shù)值，體會帶電小球所受靜電力是微弱作用力這一特點。觀察實驗，猜想靜電力影響因素，如形狀、體積、電荷量、距離等。并在忽略次要因素和復雜因素的基礎上，確定研究方案，即研究靜電力與電荷量、距離間的關(guān)系。觀察實驗現(xiàn)象，利用控制變量法得出初步結(jié)論：距離越近，靜電力越大；電荷量越多，靜電力越大。任務2定量研究靜電力大小圖3庫侖扭秤問題4:利用圖1裝置，能否定量研究靜電力與電荷量、距離之間的關(guān)系？圖3庫侖扭秤問題5:小組討論，針對實驗所遇到的困難，嘗試設計新的實驗方案？問題6:觀察庫侖扭秤裝置，嘗試解釋該裝置的巧妙之處？設計目的：引導學生利用已學知識設計實驗方案，體會類比、遷移等思維方式對解決新問題的重要意義。針對靜電力微弱不易測量這一難題，學生通過回顧之前所學“微小量放大”典型案例，嘗試找到合理解決方案。如杠桿原理、扭秤裝置等。關(guān)于電荷量如何測量，對剛接觸靜電現(xiàn)象的同學們來說，難度過大，需在老師的引導下，觀看庫侖扭秤裝置中小球的特征，并操作帶電過程，循序漸進，讓學生感悟“電荷均分”這一巧妙設計。在認識侖扭秤裝置的基礎上，將庫侖定律建立的歷史背景加以介紹，科學家以廣博的知識和深刻的洞察力為基礎進行猜想和創(chuàng)新，才是最具有創(chuàng)造力的思維活動。意義構(gòu)建，深度理解總結(jié)實驗結(jié)論，得出庫侖定律的內(nèi)容內(nèi)容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。理解庫侖定律的適用條件隨著科技的發(fā)展，測量微弱作用力的方法越來越多，如微力傳感器、高精確度的電子秤等，圖4是老師設計的一個研究帶電球體靜電力大小隨距離變化關(guān)系的實驗裝置。在干燥晴朗的天氣，金屬球帶上電荷以后，在短時間內(nèi)所帶電荷量幾乎不變，實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，實驗現(xiàn)象明顯。但由圖5實驗數(shù)據(jù)可知，兩球間的靜電力大小與兩球心間距離的平方并不是反比關(guān)系。圖5圖5電子秤示數(shù)圖4圖圖7圖圖6問題7:總結(jié)實驗數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，并嘗試解釋其原因？問題8:對比卡文迪許扭秤裝置和庫侖扭秤裝置，為什么庫侖扭秤中的小鋼球體積遠小于卡文迪許扭秤裝置？問題9:庫侖定律只適用于“點電荷”間靜電力的計算，是否意味著該定律沒有實際的應用價值？如圖7，該如何計算帶電玻璃棒對帶電小球的靜電力？設計目的：庫侖定律只研究了靜電力與兩帶電體電荷量、距離之間的關(guān)系，意味著在研究問題的過程中，忽略了帶電體的體積、大小及電荷分布對靜電力的影響。類比“質(zhì)點”的建立過程，引出“點電荷”這一理想化物理模型。由于萬有引力定律的表達式也適用于質(zhì)量分布均勻的球體之間，很多同學容易延續(xù)這種慣性思維，認為庫侖定律也適用于兩個帶電球體之間。對圖5中實驗數(shù)據(jù)顯示的規(guī)律進行分析，有助于激發(fā)學生的深度思考。教師適當引導，學生利用已掌握的靜電感應知識，對實驗數(shù)據(jù)進行合理的分析，體會庫侖定律的適用條件。對圖7中帶電小球所受靜電力求解方法的討論，可強化對“微元”和“矢量疊加”等思想方法的理解和應用，由此體會庫侖定律的重要意義。

四、小結(jié)鞏固，拓展應用習題1：在氫原子內(nèi)，氫原子核與電子之間的最短距離為5.3×10-11m，請比較氫原子核與電子之間的靜電力和萬有引力？（質(zhì)子電荷量為e=1.6×10-19C，質(zhì)子的質(zhì)量為m=1.67×10-27kg,電子的質(zhì)量為9.1×10-31kg）習題2:總結(jié)萬有引力與庫侖力的異同萬有引力定律庫侖定律研究方法表達形式適用條件主導領(lǐng)域習題3:真空中三個點電荷，它們固定在邊長為0.1m的等邊三角形的三個頂點上，每個電荷電量都是2×10-6C，求：（1）每個電荷所受到的庫侖力？（2）