资源简介

9.2 库仑定律 教学设计
人教版高中物理必修第三册
教材内容分析
本节围绕教材中的定性探究、库仑扭秤、点电荷模型、库仑定律和静电力计算展开，不提前引入电场强度。
学情分析
学生已具备力的合成、运动和简单实验探究基础，需要把可观察现象转化为电学模型，特别注意模型条件、方向和矢量性。
教学目标
1. 能通过控制变量实验的现象判断电荷量、距离对作用力的影响。
2. 能说明点电荷模型和库仑定律的适用条件，判断静电力方向。
3. 能按研究对象逐项分析多个点电荷的作用并进行矢量合成。
教学重点
围绕教材核心概念组织情境、证据、建模、应用和评价，避免超出本节边界。
教学难点
从现象和证据中提炼物理量或规律，明确适用条件，并能解释方向和结果。
教学策略设计
从偏转现象提出猜想，用控制变量法和库仑扭秤证据建构关系式，再通过模型条件和受力合成完成应用。
教学用具
投影设备、绝缘支架、带电小球、库仑扭秤原理装置或原始视频。
教学过程
教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
情境引入 带电小球的偏转角为什么会随位置改变？电荷间作用力的大小可能由哪些因素决定？ 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
学习目标 1. 能通过控制变量实验的现象判断电荷量、距离对作用力的影响。
2. 能说明点电荷模型和库仑定律的适用条件，判断静电力方向。
3. 能按研究对象逐项分析多个点电荷的作用并进行矢量合成。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 先观察，再提出猜想 带正电的小球分别放在不同位置，悬线偏角不同。
问题：偏角大小规律说明作用力怎样变化？还需要怎样的实验才能得到定量关系？
答案：距离越近、带电量越大，作用力越大；定量关系需要控制变量并测量。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 认识实验思想 悬丝扭转角度与作用力大小建立对应关系。
改变距离或电荷量，记录角度并比较作用力。
问题：为什么要分别改变一个因素、保持其他因素不变？
答案：采用控制变量法，分别研究距离和电荷量对作用力的影响。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 如何改变不可直接测量的电荷量 相同金属小球接触后电荷均分：Q → Q/2 → Q/4……
问题：这种操作怎样帮助库仑比较不同电荷量下的作用力？
答案：通过相同小球接触，使电荷量按可比较的比例改变，再由扭转角比较力。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 从实验结论写出关系 实验结论：电荷量不变时，作用力随距离增大而减小；距离不变时，作用力随两个电荷量增大而增大。
请把两条定性结论合并为一个定量关系。
归纳：作用力与电荷量的乘积成正比，与距离的二次方成反比。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 先说清条件，再使用公式 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力：
方向：在两电荷连线上；同种电荷相斥，异种电荷相吸。
答案：适用条件为真空中、静止、点电荷；计算大小时使用电荷量绝对值。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 判断能否近似为点电荷 当带电体间距离远大于自身大小，形状、大小和电荷分布对作用力的影响可以忽略时，可把带电体看作点电荷。
问题：两个靠近的带电金属球能否总看作球心处的点电荷？
答案：不能机械判断；靠近时电荷重新分布，点电荷模型可能失效。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
4. 不把公式用于模型失效情形 点电荷之间的 r 是两点间距离；相距较远的均匀带电球体可用球心到研究点的距离。
问题：当两带电体距离趋近于零时，能否直接断言库仑力趋于无穷大？
答案：不能。距离过近时点电荷模型和公式适用条件不再满足。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
1. 把库仑力列入受力分析 库仑力是一种性质力；一对相互作用的库仑力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
问题：电荷量不同，是否意味着两个电荷受到的库仑力大小不同？
答案：不是。一对作用力和反作用力大小相等，与各自电荷量大小无关。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
2. 先选对象，再逐项求分力 三个正点电荷固定在边长0.50 m的等边三角形顶点，每个电荷量为。求任一电荷所受合力。
答案：先画出另两个电荷对研究对象的两分力，再按平行四边形定则合成。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
3. 保留矢量方向
答案：方向沿另两个电荷连线的垂直平分线向外；三个顶点结果相同。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
4. 比较共同点与不同点 共同点：都是场力，都满足平方反比形式（在各自适用条件下）。
不同点：万有引力只有引力；库仑力既有引力也有斥力。
归纳：相似形式不等于适用条件相同，必须依据研究对象和物理模型判断。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
5. 方法整理 研究对象 → 画受力图 → 判断每个库仑力方向 → 按库仑定律求大小 → 按平行四边形定则合成。
遇到平衡问题，还要把库仑力与重力、拉力等其他力一起列入平衡条件。
答案：不能只代公式；方向、对象、条件和合成步骤必须完整。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习1 1. “点电荷”概念从科学方法上属于
A.观察实验　B.控制变量　C.等效替代　D.建立物理模型
答案：D
讲评要点：点电荷是忽略次要因素、保留主要特征而建立的理想化模型。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习2 2. 关于影响电荷间相互作用力因素的探究，下列说法正确的是（多选）
A.可研究距离是否影响作用力　B.可由偏角比较作用力大小
C.偏角越大作用力越小　D.定性观察即可证明平方反比
答案：AB
讲评要点：偏角越大表示作用力越大；定性观察不能直接证明平方反比。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习3 3. 关于库仑定律，下列说法正确的是
A.只适用于体积很小的球体　B.距离趋近零时力必趋于无穷大
C.电荷量大的电荷受力一定更大　D.表达式与万有引力形式相似但条件不同
答案：D
讲评要点：点电荷是模型；距离过近时公式失效；相互作用力遵守第三定律。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
课堂练习4 4. 三个等量正点电荷位于等边三角形顶点，任一电荷所受合力方向为
A.指向三角形中心　B.沿一条边
C.沿另两个电荷连线的垂直平分线向外　D.方向无法确定
答案：C
讲评要点：两分力等大，合力沿夹角平分线向外。 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
库仑定律源知识结构 出示本环节材料，先留独立思考时间，再依次揭示答案；追问结论成立的条件。 先判断已知条件和控制量，再依据材料逐项推理，最后核对答案。 依据情境和证据作出判断，避免省略条件或直接套用结论。
板书设计
现象与猜想 → 控制变量实验 → 库仑定律及条件 → 受力图与矢量合成 → 应用评价。
教学反思
检查学生是否能把公式、方向和模型条件同时说清，避免把点电荷等同于小球或把定性现象当作平方反比证据。

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