高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 库仑定律优秀教案及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 库仑定律优秀教案及反思，共11页。教案主要包含了播放视频，创设情境，随堂练习等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
库仑定律
教学内容分析
《库仑定律》是物理必修第三册第九章第2节。本节的主要内容是库仑定律，即描述真空中静止点电荷之间的相互作用力，是学习电磁学部分的基础内容。教材由探究带电体之间的相互作用力入手，引出库仑定律的内容、静电力的概念，介绍了理想化物理模型点电荷，在介绍了库仑扭秤实验之后得出了库仑定律的数学表达式，并介绍了静电力常量k。此外，通过适当的例题，本节要引导学生结合以往所学力学知识联系静电力的计算。
本节所涉及的实验较为简单，教学要把重点放在对库仑定律的理解和应用上，特别是与静电力有关的一些问题的分析与解答。
学情分析
在初中已有电学知识和上一节学习的基础上，学生对电荷已有了一定的认识，但对电荷间的相互作用力的分析方法尚不了解，需要引导学生通过实验循序渐进地加以分析，最终得出结论。由于涉及到与以往力学知识的综合运用，需要在教学过程中通过演示、实验、作图等多种方式帮助学生更深入地理解库仑定律，并通过适当的习题帮助学生了解、适应高中阶段电磁学部分的学习特点，激发学生的探究欲望，调动学生的学习积极性，引导学生在学习过程中主动发现问题和解决问题。
教学目标
1、通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。
2、通过与质点模型类比，知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件，进一步体会科学研究中的理想模型方法。
3、理解库仑定律的内涵和适用条件，能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力，会利用力的合成的知识解决多个电荷间的相互作用问题。
4、体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法。
5、对比库定律和万有引力定律的形式，体会物理学的和谐统一之美，提高物理学习兴趣。
教学
重难点
教学重点：
理解库仑定律及其适用条件。
教学难点：
理解库仑定律及其适用条件。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
【播放视频】电荷间的相互作用。
【提问】怎样探究电荷间的相互作用力呢？
观看视频，并结合视频思考问题。
承接上一节关于电荷的知识，并结合以往所学力学知识导入新课。
环节一
问题探究
【创设情境】如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。
【提问】
①带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
②在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？
③电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
【播放视频】探究实验。
→结论：
①带电体C与小球间的作用力会随距离的减小而增大。
②在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小。
【提问】电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？
结合情景，继续思考前面所提的问题。
结合以往所学内容，进行猜想。
观看视频，验证猜想是否正确，并依据实验现象得出正确结论。
在实验结论的基础上进一步思考。
创设情境，展开探究。
在探究本课问题的同时，也引导学生重温探究实验的基本顺序，提升探究问题的能力。
引导学生练习从实验情景中提炼问题，并结合旧有知识进行合理猜想。
根据实验现象得出电荷间相互作用规律的结论，引出库仑定律。
与万有引力的计算式进行简单对比，帮助学生理解、记忆新知识。同时，也引导学生对“平方反比”规律有进一步的了解。
环节二
库仑定律
【讲述】
库仑定律的内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
→电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。
【介绍】法国物理学家库仑。
【提问】通过库仑定律的内容，你能判断它的适用条件吗？
在实验探究的基础上理解库仑定律的内容。
根据库仑定律的内容进行思考。
得出本节课的核心知识点，并引导学生进一步体会力学知识在电磁学部分的应用。
引出后续教学内容。
环节三
点电荷
【提问】库仑定律内容中的点电荷应该怎样理解？
【讲述】如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状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作一个带电的点，叫做点电荷。
在理解点电荷时，应该注意：
（1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上是不存在的。
（2）均匀带电的球体，由于球所具有的对称性，即使它们之间的距离不是很大，一般也可以当作点电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。
【提问】点电荷就是元电荷吗？
（1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型。
（2）电子的带电量等于元电荷，研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。
思考。
理解点电荷的概念。
结合元电荷的概念进行辨别。
对库仑定律的表述进行分析，得出库仑定律的适用条件及应用时的注意事项。
新旧知识对比，帮助学生区分概念，加强理解。
环节四
库仑的实验
【提问】库仑是通过什么样的实验方法找到电荷间作用力的关系的呢？
【介绍】库仑扭秤的结构。
【播放视频】库仑扭秤实验。
【提问】怎样探究电荷间的库仑力与小球之间距离及小球所带电荷量两个变量之间的关系？
→探究F与r的关系：
(1)把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小。
(2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系。
→探究F与q的关系：改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。
【提问】在库仑那个时代，还不知道怎么样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？
→条件：使用大小、形状、材料完全相同的小球。
【讲述】结论：
1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1r2。
2.当之间距离不变时，F与q1q2的乘积成正比F∝q1q2。
【播放视频】探究电荷间的库仑力与小球之间距离及小球所带电荷量之间的关系。
【讲述】结论：F电＝kq1q2r2
→比例系数k叫静电力常量，在国际单位制中，k＝9.0×109N·m2/C2
【提问】库仑定律的适用条件有哪些？
【提问】电荷间的相互作用力的方向是怎样的？
→在应用库仑定律时，需要注意的是：
①计算库仑力的大小时，只代电荷量的绝对值；
②需通过同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断库仑力的方向。
【提问】两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r＝0的情况？
→不能看作集中在球心位置的点电荷。
→当r＝0时，两带电体不能看作点电荷，不能使用库仑定律进行分析。
思考。
观察库仑扭秤的结构，并思考其作用。
观看库仑扭秤实验的过程。
思考并回答：
控制变量法。
结合上一节的知识，思考并回答：
利用接触起电的电量均分方式实现电荷量的改变。
理解初步的实验结论。
观看视频，进一步理解利用控制变量法设计的实验过程。
理解进一步的实验结论，即库仑定律的数学表达形式，从单位制的角度认识静电力常量的单位。
结合上述分析加以总结：
①真空中，②静止的，③点电荷。
思考并回答：
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
→库仑力的方向在两电荷的连线上。
理解应用库仑定律的注意事项。
思考并回答：
由电荷间的相互作用可知，对于两个靠近的带电球体，同种电荷电荷分布在金属球外侧，异种电荷电荷分布在金属球内侧。
通过对库仑实验的介绍，引导学生进一步理解库仑定律。
介绍实验器材的结构和实验过程，帮助学生通过实验过程理解实验结论。
结合实验过程，引导学生巩固设计实验的思路和方法。
从实验细节出发，引导学生将新旧知识结合到一起，加以理解。
得到定量的实验结论。
在由定性结论到定量结论的过程中，引导学生不断深入地理解库仑定律。
通过对静电力常量的讲解，加强学生对单位制的理解。
明确库仑定律的适用条件和使用时的注意事项，以引导学生正确应用这一规律。
从实际情境出发，进一步加强学生对库仑定律适用条件的认识。
环节五
静电力计算
【提问】物体间的静电力大吗？
→根据库仑定律，两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0×109N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力。
→库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距1m的两个物体都带1C的电荷量。
→通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。
【提问】静电力与力学部分所学的各种力有何联系？
1.库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。
2.对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。
3.库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。
4.库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
【提问】静电力的计算式与万有引力的计算式形式相似，这两种力有何相同和不同点？
1.库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。
2.库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。
【例题1】已知氢核（质子）质量为1.67×10-27kg。电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
【解析】
库仑力大小：
万有引力大小：
【例题2】真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C，求它们各自所受的库仑力。
【解析】
q3共受F1和F2两个力的作用，q1＝q2＝q3＝q，相互间的距离r都相同，所以
根据平行四边形定则，合力是
合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。
【提问】三球平衡，C球带正电还是负电？
→两侧是同种电荷，中间是异种电荷。
→结论1：两同夹异。
【提问】A和B、C电荷量的大小关系？
→两侧电荷量大，中间电荷量小。
→结论2：两大夹小。
【提问】r1、r2与B、C的电量关系？
→中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个。
→结论3：近小远大。
→三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
【随堂练习】
应用库仑定律和力学知识进行分析。
回顾力学部分所学关于力的知识，并回答。
回顾万有引力的相关内容，综合作答。
练习使用库仑定律，并回顾万有引力的相关知识，综合分析、作答。
回顾力的合成与分解的相关知识，结合本节知识点，综合分析作答。
结合物体受力平衡与本节的知识点，综合分析作答：若C带正电，A、B不能平衡。
在上一问基础上，结合平衡力的知识点，综合分析作答：
在前两问基础上继续分析作答：
练习巩固本节知识点。
通过定量计算，使学生感受到静电力的大小，并对电荷量的国际单位库仑有进一步的认识。
将力学与电磁学的知识联系起来，帮助学生体会到“电学搭台，力学唱戏”的研究思路，为后续教学的进一步展开做铺垫。
将数学表达式相似的两种力加以比较，加强学生对新旧知识的理解和认识。
使学生通过本道习题练习库仑定律的基本使用方法，并进一步感受静电力与万有引力的大小对比。
使学生通过本道习题体验静电力的合成与分解，进一步体会电磁学部分“电学搭台，力学唱戏”的研究思路。
通过三个层层递进的问题，引导学生进一步练习将本节所学知识点与力学部分知识相结合，综合分析问题。
课堂总结
一、库仑定律：
1、点电荷。
2、库仑扭秤实验。
3、库仑定律的内容、表达式、适用条件、注意事项。
二、静电力的计算
板书设计
§9.2库仑定律
1、实验：探究电荷间的相互作用力
2、库仑定律：
①内容：
②静电力（库仑力）
③点电荷
④库仑扭秤实验
⑤库仑定律的数学表达式：F电＝kq1q2r2
⑥静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2
⑦适用条件：真空中，静止的，点电荷。
⑧注意：使用库仑定律计算静电力的大小，通过同种电荷相斥、异种电荷相吸判断静电力的方向。
3、静电力的计算：
4、三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
作业设计
1、梳理本节知识点。
2、教材P10“练习与应用”。
教学反思与评价