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9.2库仑定律
【教材分析】
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第9章第2节的内容，本节内容的核心是库仑定律，它不仅是电磁学的基本定律，也是物理学的基本定律之一。库仑定律阐明了带电体相互作用的规律，为整个电磁学奠定了基础。
教科书在库仑定律教学的处理上，首先通过“演示”栏目中“探究影响电荷间相互作用力的因素”的定性实验导入。在此基础上，展示库仑定律建立的历史背景。一方面突现类比的方法在该定律建立过程中所起的重要作用；另一方面，库仑的实验是建立该定律的重要基础，该实验结果有力地证实了多位科学家的猜想。所以，本节的教学要特别注意实验教学。
【教学目标】
目标与素养
1.理解并熟记库仑定律的内容，知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量。
2.会用库仑定律的公式进行有关的计算。
3.知道库仑扭秤的实验原理。
情境与问题
1.通过观察演示实验，概括出电荷间的作用规律，培养学生观察、分析、概括的能力。
2.通过设置物体在静电力作用下的平衡问题，让学生体会静电力和重力、弹力、摩擦力一样，是一种性质力。
3.通过静电力的合成，体会力的合成的平行四边形定则。
过程与方法
1.体会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、类比法等。
2.渗透物理方法的教育，运用理想化模型的研究方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——点电荷，研究真空中静止点电荷的相互作用力问题。
3.通过设置物体在静电力作用下的平衡问题，复习解决力学问题的一般思路。
4.体会力的合成的平行四边形定则。
【教学重难点】
重点
1.电荷之间的相互作用力与距离、电荷量的关系。
2.库仑定律的内容、适用条件及应用。
难点
会用库仑定律的公式进行有关静电力的计算。
【新课导入】
教师做演示实验：让橡胶棒、玻璃棒摩擦起电，再分别靠近易拉罐。
学生观察实验，并描述实验现象：易拉罐被橡胶棒、玻璃棒吸引而滚动起来。
教师提出问题：既然电荷之间存在相互作用力，那么，电荷之间相互作用力的大小与什么因素有关呢
【教学过程】
电荷之间的作用力
教师做演示实验：如图所示，C是一个带正电的带电体，把系在丝线上的带等量正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。
问题1：观客小球县线偏高坚直方向的角度，你发现了什么？这说明了什么
电荷之间的作用力随着距离的增大而减小。
教师指导学生画出小球的三力平衡示意图并用mg和a表示电荷之间的作用力。
学生作出小球的受力示意图。
由平衡条件可得小球所受的电荷之间的作用力。
问题2：从计算结果看，电荷之间的作用力F与带电体与小球间的距离有什么关系？
带电体与小球间的距离越远，偏角越小，表示电荷之间的作用力越小。
设计意图：渗透力学综合观念，提高学生利用所学知识分析、解决问题的能力。
教师做演示实验：固定带电体的位置，增大悬挂小球的带电量，观察偏角a的变化情况。
问题3：偏角a如何变化？这个现象说明了什么？
偏角增大，这说明电荷之间的作用力随着电量的增大而增大。
问题4：电荷之间的相互作用力的大小与哪些因素有关呢
电荷之间的相互作用力与电荷的电量有关，相互作用的两个电荷，任意一个的电量增大，作用力都将变大；电荷间的相互作用力还与带电体之间的距离有关，距离变大，作用力变小。
比较电荷之间的相互作用力与物体之间的万有引力，可以看出它们有相似性，那么，它们的计算方法会不会有相同的形式呢？即带电物体之间的相互作用力，会不会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呢？
库仑经过精密细致的实验，最后终于得到了电荷之间的相互作用力与两带电体的电量及两带电体的距离的关系，后来被称为库仑定律。
学生阅读教材第6页库仑定律的相关内容：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。这个规律叫作库仑定律。
问题5：运用库仑定律的条件是什么
学生阅读教材第6~7页的相关内容，找出库仑定律的使用条件：真空中静止的点电荷。
教师进一步讲述点电荷的特点。
问题6：那么，什么样的带电体才是点电荷？是否存在真正的点电荷？它与以前我们学过的哪个物理模型最相似？
只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作点电荷。严格来说，点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的。点电荷与我们以前学过的质点最相似。
问题7：是否只要带电体的体积足够小就能看成点电荷？
不是。带电体是否能被看成点电荷要看带电体本身的大小是否跟它们之间的距离相比可以忽略。设计意图：让学生认真阅读教材，找出库仑定律的内容，分析定律内容，找出库仑定律的成立条件。再让学生回忆万有引力和质点的内容，对比万有引力定律学习记忆库仑定律，对比质点记忆点电荷的意义，加深对库仑定律适用条件的理解。
2.库仑的实验
问题1：库仑是如何找到力与距离的关系的？
学生阅读教材第7页的相关内容：库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，从而使A与C带同种电荷。将C
和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离r的关系，结果是力F与距离r的二次方成反比。
问题2：库仑是如何找到力与电量的关系的
把一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球相互接触，前者的电量会分给后者一半。库仑就用这个方法，把带电小球的电荷量q分为这样库仑又发现了电荷间的作用力与电荷量的关系：力F与q1和q2的乘积成正比。
问题3：如果有三个相同的金属球，球A带的电荷量为q，球B和球C均不带电。现要使球B带的电荷量为，应该怎样操作？
A和B先接触后分开，各得，B再和C接触后分开，各得，B和A再接触后分开，各得。
通过上面的实验，库仑测出比例系数k，从而完整地写出了库仑定律的表达式：，k称为静电力常量，其数值是k=9.0×109N m2/C2。
学生写出万有引力的公式，对比记忆库仑定律的公式。
k的物理意义：两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力为9×109N。差不多相当于一百万吨物体所受的重力！
问题4：半径为r的两个金属球，其球心相距3r，现使两球带上等量的同种电荷Q，两球间的静电力是多少？
两球间的静电力不能写成，因为这两个金属小球靠得太近，不能当作点电荷来看待，所以，两球间的静电力。
教师引导学生完成教材第10页“练习与应用”第3题。
真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B（均可看作点电荷)，分别固定在两处，两球之间的静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，
再与B接触，然后移开C，此时A、B之间的静电力变为多少 若再使A、B之间距离增大为原来的2倍，则它们之间的静电力又为多少？
设计意图：让学生明确库仑定律的表达式，知道k的数值、单位及物理意义。再让学生写出库仑定律公式和万有引力公式，对比记忆，使学生边听边思考，熟记库仑定律的公式，并熟记库仑定律的成立条件，再次理解点电荷的意义，加深对库仑定律适用条件的理解。最后让学生完成练习题并展示结果，让学生进一步领会相同金属球在接触时会平分电荷，提高学生的物理核心素养。
3.静电力的计算
教师引导学生完成教材第8页例题1，熟练掌握库仑定律的公式。
问题1：微观粒子之间的万有引力大还是库仑力大？
万有引力是不是可以忽略
万有引力相对库仑力来说太小了，可以忽略不计。对于微观粒子，重力是由万有引力产生的，故微观粒子的重力可以忽略不计。例如，研究电子、质子、a粒子(氦原子核)在电场中的受力情况时，一般都忽略重力。
问题2：库仑定律描述的是两个点电荷之间的作用力。
如果存在两个以上的点电荷，那么，每个点电荷所受的作用力应该怎样计算？
每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。实验表明，两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。
教师出示教材第9页例题2，给出学生思路，要求学生完成。
【板书】
库仑定律
1.电荷间之间的相互作用力
(1)力与电荷的距离的关系
(2)力与电荷量的关系
(3)结论
2.库仑定律库仑的扭秤实验
(1)库仑定律的内容
(2)公式：称为静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2
(3)点电荷及理解：理想模型，现实中不存在。
(4)带电体看成点电荷的条件：带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略不计。
3.静电力的计算

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