9.2 庫(kù)侖定律（教學(xué)設(shè)計(jì)）- 【上好課】高二物理同步備課系列（人教版2019必修第三冊(cè)）

第2節(jié)庫(kù)侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題庫(kù)侖定律教學(xué)內(nèi)容分析《庫(kù)侖定律》是物理必修第三冊(cè)第九章第2節(jié)。本節(jié)的主要內(nèi)容是庫(kù)侖定律，即描述真空中靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，是學(xué)習(xí)電磁學(xué)部分的基礎(chǔ)內(nèi)容。教材由探究帶電體之間的相互作用力入手，引出庫(kù)侖定律的內(nèi)容、靜電力的概念，介紹了抱負(fù)化物理模型點(diǎn)電荷，在介紹了庫(kù)侖扭秤試驗(yàn)之后得出了庫(kù)侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并介紹了靜電力常量k。此外，通過適當(dāng)?shù)睦}，本節(jié)要引導(dǎo)同學(xué)結(jié)合以往所學(xué)力學(xué)學(xué)問聯(lián)系靜電力的計(jì)算。本節(jié)所涉及的試驗(yàn)較為簡(jiǎn)潔，教學(xué)要把重點(diǎn)放在對(duì)庫(kù)侖定律的理解和應(yīng)用上，特殊是與靜電力有關(guān)的一些問題的分析與解答。學(xué)情分析在學(xué)校已有電學(xué)學(xué)問和上一節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，同學(xué)對(duì)電荷已有了肯定的生疏，但對(duì)電荷間的相互作用力的分析方法尚不了解，需要引導(dǎo)同學(xué)通過試驗(yàn)循序漸進(jìn)地加以分析，最終得出結(jié)論。由于涉及到與以往力學(xué)學(xué)問的綜合運(yùn)用，需要在教學(xué)過程中通過演示、試驗(yàn)、作圖等多種方式掛念同學(xué)更深化地理解庫(kù)侖定律，并通過適當(dāng)?shù)牧?xí)題掛念同學(xué)了解、適應(yīng)高中階段電磁學(xué)部分的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，激發(fā)同學(xué)的探究欲望，調(diào)動(dòng)同學(xué)的學(xué)習(xí)樂觀性，引導(dǎo)同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)發(fā)覺問題和解決問題。教學(xué)目標(biāo)1、通過庫(kù)侖定律的探究過程，體會(huì)試驗(yàn)與類比在定律的建立過程中發(fā)揮的重要作用。2、通過與質(zhì)點(diǎn)模型類比，知道點(diǎn)電荷模型的物理意義及建立點(diǎn)電荷模型的條件，進(jìn)一步體會(huì)科學(xué)爭(zhēng)辯中的抱負(fù)模型方法。3、理解庫(kù)侖定律的內(nèi)涵和適用條件，能夠應(yīng)用庫(kù)侖定律計(jì)算點(diǎn)電荷間的靜電力，會(huì)利用力的合成的學(xué)問解決多個(gè)電荷間的相互作用問題。4、體會(huì)庫(kù)侖扭秤試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路與試驗(yàn)方法。5、對(duì)比庫(kù)定律和萬(wàn)有引力定律的形式，體會(huì)物理學(xué)的和諧統(tǒng)一之美，提高物理學(xué)習(xí)愛好。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：理解庫(kù)侖定律及其適用條件。教學(xué)難點(diǎn)：理解庫(kù)侖定律及其適用條件。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)同學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【播放視頻】電荷間的相互作用?！咎釂枴吭鯓犹骄侩姾砷g的相互作用力呢？觀看視頻，并結(jié)合視頻思考問題。承接上一節(jié)關(guān)于電荷的學(xué)問，并結(jié)合以往所學(xué)力學(xué)學(xué)問導(dǎo)入新課。環(huán)節(jié)一問題探究【創(chuàng)設(shè)情境】如圖，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、P2、P3等位置?！咎釂枴竣賻щ婓wC與小球間的作用力會(huì)隨距離的不同怎樣轉(zhuǎn)變呢？②在同一位置增大或減小小球所帶的電荷量，作用力又會(huì)怎樣變化？③電荷之間作用力的大小與哪些因素有關(guān)？【播放視頻】探究試驗(yàn)?！Y(jié)論：①帶電體C與小球間的作用力會(huì)隨距離的減小而增大。②在同一位置增大或減小小球所帶的電荷量，作用力也會(huì)增大或減小。【提問】電荷之間的作用力與萬(wàn)有引力是否具有相像的形式呢？是否也滿足“平方反比”的規(guī)律呢？結(jié)合情景，連續(xù)思考前面所提的問題。結(jié)合以往所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行猜想。觀看視頻，驗(yàn)證猜想是否正確，并依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象得出正確結(jié)論。在試驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上進(jìn)一步思考。創(chuàng)設(shè)情境，開放探究。在探究本課問題的同時(shí)，也引導(dǎo)同學(xué)重溫探究試驗(yàn)的基本挨次，提升探究問題的力量。引導(dǎo)同學(xué)練習(xí)從試驗(yàn)情景中提煉問題，并結(jié)合舊有學(xué)問進(jìn)行合理猜想。依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象得出電荷間相互作用規(guī)律的結(jié)論，引出庫(kù)侖定律。與萬(wàn)有引力的計(jì)算式進(jìn)行簡(jiǎn)潔對(duì)比，掛念同學(xué)理解、記憶新學(xué)問。同時(shí)，也引導(dǎo)同學(xué)對(duì)“平方反比”規(guī)律有進(jìn)一步的了解。環(huán)節(jié)二庫(kù)侖定律【敘述】庫(kù)侖定律的內(nèi)容：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?！姾砷g的這種作用力叫做靜電力或庫(kù)侖力?！窘榻B】法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵觥！咎釂枴客ㄟ^庫(kù)侖定律的內(nèi)容，你能推斷它的適用條件嗎？在試驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上理解庫(kù)侖定律的內(nèi)容。依據(jù)庫(kù)侖定律的內(nèi)容進(jìn)行思考。得出本節(jié)課的核心學(xué)問點(diǎn)，并引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)一步體會(huì)力學(xué)學(xué)問在電磁學(xué)部分的應(yīng)用。引出后續(xù)教學(xué)內(nèi)容。環(huán)節(jié)三點(diǎn)電荷【提問】庫(kù)侖定律內(nèi)容中的點(diǎn)電荷應(yīng)當(dāng)怎樣理解？【敘述】假如帶電體自身的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離，以至帶電體自身的大小、外形及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽視時(shí)，這樣的帶電體可以看作一個(gè)帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷。在理解點(diǎn)電荷時(shí)，應(yīng)當(dāng)留意：（1）點(diǎn)電荷是一個(gè)抱負(fù)化的模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際上是不存在的。（2）均勻帶電的球體，由于球所具有的對(duì)稱性，即使它們之間的距離不是很大，一般也可以當(dāng)作點(diǎn)電荷來處理---電荷集中在球心的點(diǎn)電荷。【提問】點(diǎn)電荷就是元電荷嗎？（1）元電荷是電荷量，點(diǎn)電荷是帶電體的抱負(fù)模型。（2）電子的帶電量等于元電荷，爭(zhēng)辯宏觀問題時(shí)，電子、質(zhì)子可看做點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷的帶電量可能較大也可能較小，但肯定是元電荷的整數(shù)倍。思考。理解點(diǎn)電荷的概念。結(jié)合元電荷的概念進(jìn)行辨別。對(duì)庫(kù)侖定律的表述進(jìn)行分析，得出庫(kù)侖定律的適用條件及應(yīng)用時(shí)的留意事項(xiàng)。新舊學(xué)問對(duì)比，掛念同學(xué)區(qū)分概念，加強(qiáng)理解。環(huán)節(jié)四庫(kù)侖的試驗(yàn)【提問】庫(kù)侖是通過什么樣的試驗(yàn)方法找到電荷間作用力的關(guān)系的呢？【介紹】庫(kù)侖扭秤的結(jié)構(gòu)?！静シ乓曨l】庫(kù)侖扭秤試驗(yàn)?！咎釂枴吭鯓犹骄侩姾砷g的庫(kù)侖力與小球之間距離及小球所帶電荷量?jī)蓚€(gè)變量之間的關(guān)系？→探究F與r的關(guān)系：(1)把另一個(gè)帶電小球C插入容器并使它靠近A時(shí)，記錄扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。(2)轉(zhuǎn)變A和C之間的距離r，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出F與r的關(guān)系?！骄縁與q的關(guān)系：轉(zhuǎn)變A和C的電量q1、q2，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出F與q1、q2的關(guān)系?！咎釂枴吭趲?kù)侖那個(gè)時(shí)代，還不知道怎么樣測(cè)量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量的單位都沒有，又怎么樣做到轉(zhuǎn)變A和C的電荷量呢？→條件：使用大小、外形、材料完全相同的小球。【敘述】結(jié)論：1.當(dāng)電量不變時(shí)，F(xiàn)與距離r的二次方成反比F∝1r2.當(dāng)之間距離不變時(shí)，F(xiàn)與q1q2的乘積成正比F∝q1q2?！静シ乓曨l】探究電荷間的庫(kù)侖力與小球之間距離及小球所帶電荷量之間的關(guān)系?！緮⑹觥拷Y(jié)論：F→比例系數(shù)k叫靜電力常量，在國(guó)際單位制中，k＝9.0×109N·m2/C2【提問】庫(kù)侖定律的適用條件有哪些？【提問】電荷間的相互作用力的方向是怎樣的？→在應(yīng)用庫(kù)侖定律時(shí)，需要留意的是：①計(jì)算庫(kù)侖力的大小時(shí)，只代電荷量的確定值；②需通過同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來推斷庫(kù)侖力的方向?！咎釂枴?jī)蓚€(gè)靠近的帶電球體，是否可以看作是集中在球心位置的點(diǎn)電荷？適用于r＝0的狀況？→不能看作集中在球心位置的點(diǎn)電荷?！?dāng)r＝0時(shí)，兩帶電體不能看作點(diǎn)電荷，不能使用庫(kù)侖定律進(jìn)行分析。思考。觀看庫(kù)侖扭秤的結(jié)構(gòu)，并思考其作用。觀看庫(kù)侖扭秤試驗(yàn)的過程。思考并回答：把握變量法。結(jié)合上一節(jié)的學(xué)問，思考并回答：利用接觸起電的電量均分方式實(shí)現(xiàn)電荷量的轉(zhuǎn)變。理解初步的試驗(yàn)結(jié)論。觀看視頻，進(jìn)一步理解利用把握變量法設(shè)計(jì)的試驗(yàn)過程。理解進(jìn)一步的試驗(yàn)結(jié)論，即庫(kù)侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，從單位制的角度生疏靜電力常量的單位。結(jié)合上述分析加以總結(jié)：①真空中，②靜止的，③點(diǎn)電荷。思考并回答：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。→庫(kù)侖力的方向在兩電荷的連線上。理解應(yīng)用庫(kù)侖定律的留意事項(xiàng)。思考并回答：由電荷間的相互作用可知，對(duì)于兩個(gè)靠近的帶電球體，同種電荷電荷分布在金屬球外側(cè)，異種電荷電荷分布在金屬球內(nèi)側(cè)。通過對(duì)庫(kù)侖試驗(yàn)的介紹，引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)一步理解庫(kù)侖定律。介紹試驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)過程，掛念同學(xué)通過試驗(yàn)過程理解試驗(yàn)結(jié)論。結(jié)合試驗(yàn)過程，引導(dǎo)同學(xué)鞏固設(shè)計(jì)試驗(yàn)的思路和方法。從試驗(yàn)細(xì)節(jié)動(dòng)身，引導(dǎo)同學(xué)將新舊學(xué)問結(jié)合到一起，加以理解。得到定量的試驗(yàn)結(jié)論。在由定性結(jié)論到定量結(jié)論的過程中，引導(dǎo)同學(xué)不斷深化地理解庫(kù)侖定律。通過對(duì)靜電力常量的講解，加強(qiáng)同學(xué)對(duì)單位制的理解。明確庫(kù)侖定律的適用條件和使用時(shí)的留意事項(xiàng)，以引導(dǎo)同學(xué)正確應(yīng)用這一規(guī)律。從實(shí)際情境動(dòng)身，進(jìn)一步加強(qiáng)同學(xué)對(duì)庫(kù)侖定律適用條件的生疏。環(huán)節(jié)五靜電力計(jì)算【提問】物體間的靜電力大嗎？→依據(jù)庫(kù)侖定律，兩個(gè)電荷量為1C的點(diǎn)電荷在真空中相距1m時(shí)，相互作用力是9.0×109N。差不多相當(dāng)于一百萬(wàn)噸的物體所受的重力?！鷰?kù)侖是一個(gè)格外大的電荷量單位，我們幾乎不行能做到使相距1m的兩個(gè)物體都帶1C的電荷量。→通常，一把梳子和衣袖摩擦后所帶的電荷量不到百萬(wàn)分之一庫(kù)侖，但天空中發(fā)生閃電之前，巨大的云層中積累的電荷量可達(dá)幾百庫(kù)侖。【提問】靜電力與力學(xué)部分所學(xué)的各種力有何聯(lián)系？1.庫(kù)侖力是一種性質(zhì)力，與重力、彈力、摩擦力地位等同。2.對(duì)帶電體的受力分析，肯定不要遺忘畫庫(kù)侖力。3.庫(kù)侖力的合成與分解遵循平行四邊形定則。4.庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律，一對(duì)庫(kù)侖力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上?！咎釂枴快o電力的計(jì)算式與萬(wàn)有引力的計(jì)算式形式相像，這兩種力有何相同和不同點(diǎn)？1.庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力是兩種不同性質(zhì)的力，受力分析時(shí)要分別分析。2.庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力表達(dá)式的相像性，揭示了大自然的和諧美和多樣美。【例題1】已知?dú)浜耍ㄙ|(zhì)子）質(zhì)量為1.67×10-27kg。電子的質(zhì)量是9.1×10-31kg，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為5.3×10-11m。試比較氫核與核外電子之間的庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力?！窘馕觥繋?kù)侖力大?。喝f(wàn)有引力大?。骸纠}2】真空中有三個(gè)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)電荷的帶電量都是2×10-6C，求它們各自所受的庫(kù)侖力。【解析】q3共受F1和F2兩個(gè)力的作用，q1＝q2＝q3＝q，相互間的距離r都相同，所以依據(jù)平行四邊形定則，合力是合力的方向沿q1與q2連線的垂直平分線向外?！咎釂枴咳蚱胶?，C球帶正電還是負(fù)電？→兩側(cè)是同種電荷，中間是異種電荷?！Y(jié)論1：兩同夾異。【提問】A和B、C電荷量的大小關(guān)系？→兩側(cè)電荷量大，中間電荷量小。→結(jié)論2：兩大夾小。【提問】r1、r2與B、C的電量關(guān)系？→中間電荷靠近兩側(cè)電荷量較小的那個(gè)。→結(jié)論3：近小遠(yuǎn)大?！齻€(gè)自由電荷平衡的規(guī)律:三點(diǎn)共線、兩同夾異、兩大夾小、近小遠(yuǎn)大?！倦S堂練習(xí)】應(yīng)用庫(kù)侖定律和力學(xué)學(xué)問進(jìn)行分析?；仡櫫W(xué)部分所學(xué)關(guān)于力的學(xué)問，并回答?；仡櫲f(wàn)有引力的相關(guān)內(nèi)容，綜合作答。練習(xí)使用庫(kù)侖定律，并回顧萬(wàn)有引力的相關(guān)學(xué)問，綜合分析、作答?；仡櫫Φ暮铣膳c分解的相關(guān)學(xué)問，結(jié)合本節(jié)學(xué)問點(diǎn)，綜合分析作答。結(jié)合物體受力平衡與本節(jié)的學(xué)問點(diǎn)，綜合分析作答：若C帶正電，A、B不能平衡。在上一問基礎(chǔ)上，結(jié)合平衡力的學(xué)問點(diǎn)，綜合分析作答：在前兩問基礎(chǔ)上連續(xù)分析作答：練習(xí)鞏固本節(jié)學(xué)問點(diǎn)。通過定量計(jì)算，使同學(xué)感受到靜電力的大小，并對(duì)電荷量的國(guó)際單位庫(kù)侖有進(jìn)一步的生疏。將力學(xué)與電磁學(xué)的學(xué)問聯(lián)系起來，掛念同學(xué)體會(huì)到“電學(xué)搭臺(tái)，力學(xué)唱戲”的爭(zhēng)辯思路，為后續(xù)教學(xué)的進(jìn)一步開放做鋪墊。將數(shù)學(xué)表達(dá)式相像的兩種力加以比較，加強(qiáng)同學(xué)對(duì)新舊學(xué)問的理解和生疏。使同學(xué)通過本道習(xí)題練習(xí)庫(kù)侖定律的基本使用方法，并進(jìn)一步感受靜電力與萬(wàn)有引力的大小對(duì)比。使同學(xué)通過本道習(xí)題體驗(yàn)靜電力的合成與分解，進(jìn)一步體會(huì)電磁學(xué)部分“電學(xué)搭臺(tái)，力學(xué)唱戲”的爭(zhēng)辯思路。通過三個(gè)層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)一步練習(xí)將本節(jié)所學(xué)學(xué)問點(diǎn)與力學(xué)部分學(xué)問相結(jié)合，綜合分析問題。課堂總結(jié)一、庫(kù)侖定律：1、點(diǎn)電荷。2、庫(kù)侖扭秤試驗(yàn)。3、庫(kù)侖定律的內(nèi)容、表達(dá)式、適用條件、留意事項(xiàng)。二、靜電