2024-2025学年新教材高中物理 第九章 静电场及其应用 第二节 库仑定律教案 新人教版必修3

2024-2025学年新教材高中物理第九章静电场及其应用第二节库仑定律教案新人教版必修3学校授课教师课时授课班级授课地点教具教材分析《2024-2025学年新教材高中物理第九章静电场及其应用第二节库仑定律教案新人教版必修3》以库仑定律为核心，深入浅出地介绍了静电场的基本性质和库仑定律的原理与应用。教材首先通过引入电荷间的相互作用，引导学生理解静电场的概念；接着阐述库仑定律的数学表达式和物理意义，并结合实际例子，使学生掌握库仑定律在不同场景下的应用；最后，通过课后习题，巩固学生对库仑定律的理解，培养他们解决实际问题的能力。本节内容与课本紧密关联，符合教学实际，旨在帮助学生建立完整的静电场知识体系，提高科学素养。核心素养目标本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，特别是在科学思维和科学探究方面。通过学习库仑定律，使学生能够发展以下能力：运用物理概念和科学原理分析静电场中的现象，提高科学思维能力；掌握科学探究方法，通过实验和模拟活动，观察、记录和分析静电场中电荷间相互作用的数据，培养科学探究能力；运用数学工具描述物理过程，提升数学在物理问题解决中的应用能力；激发学生对物理学的兴趣，培养他们主动探索自然现象的精神，增强科学态度和责任感。这些核心素养目标与课本内容紧密结合，旨在提升学生的综合科学素养。学习者分析1.学生已经掌握了电荷的基本概念、电荷守恒定律以及电场的基本性质等相关知识，这些都为学习库仑定律奠定了基础。

2.学生在学习物理时，通常对实验和实际应用有较高的兴趣。他们的逻辑思维能力和抽象思维能力逐步发展，具备一定的自学和合作学习能力。此外，学生在学习风格上存在差异，有的擅长理论学习，有的则更倾向于实践操作。

3.在学习库仑定律时，学生可能遇到的困难和挑战包括：理解库仑定律中的比例常数k的意义和计算；运用库仑定律解决实际问题，如复杂电荷分布情况下的电场计算；将数学表达式与实际物理场景相结合，进行综合分析。此外，对于部分学生来说，掌握科学探究过程中的数据处理和误差分析也可能是一大挑战。教师在教学过程中需关注这些难点，并给予适当指导。教学资源准备1.教材：

-确保每位学生都提前准备好《2024-2025学年新教材高中物理》第九章“静电场及其应用”相关内容，以便在课堂中使用。

-提供课程学习指南，包括学习目标、重点难点、预习要求和课后作业，帮助学生明确学习任务。

2.辅助材料：

-准备电荷相互作用原理的动画演示，以便形象地展示库仑定律的原理。

-收集并整理库仑定律发现的历史背景资料，以增加学生对科学发展的了解。

-制作电荷分布和电场线的图表，帮助学生直观地理解电场分布。

-准备相关物理实验的视频，如库仑扭秤实验，以便学生在无法进行实际操作时观看。

-准备与库仑定律相关的实际应用案例，如静电除尘、静电喷涂等，以增强学生对知识应用的认识。

3.实验器材：

-准备库仑扭秤实验器材，包括带有电荷的金属球、扭秤、测量尺等，确保实验器材的完整性和安全性。

-提供必要的防护设备，如绝缘手套、护目镜等，保证实验操作的安全性。

-准备实验用到的测量工具，如电子秤、电压表等，确保实验数据的准确性。

4.教室布置：

-根据教学需要，将教室划分为理论教学区、实验操作区和小组讨论区。

-理论教学区：确保每位学生都有足够的空间阅读教材和笔记。

-实验操作区：在教室的一角设置实验操作台，配备必要的实验器材，并确保有足够的空间进行实验操作。

-小组讨论区：将学生分成小组，每组配备一张桌子，便于学生进行小组讨论和合作学习。

-教室墙上张贴与课程相关的物理公式、概念图和实验流程图，方便学生随时查阅。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过学校的学习平台，上传库仑定律预习资料，包括PPT、相关视频和阅读材料，明确预习目标和要求。

-设计预习问题：围绕库仑定律的发现过程和应用场景，设计问题，如“电荷间的作用力与距离的关系是什么？”引导学生自主思考。

-监控预习进度：通过平台的数据统计功能，跟踪学生的预习情况，并通过微信群解答学生的疑问。

学生活动：

-自主阅读预习资料：学生按照预习要求，阅读资料，初步理解库仑定律的概念和数学表达式。

-思考预习问题：学生尝试回答预习问题，记录自己的理解和疑问。

-提交预习成果：学生将自己的笔记、疑问等提交至学习平台。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生自主探索，培养学生的自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台和微信，实现资源的共享和互动。

作用与目的：

-帮助学生提前接触库仑定律，为课堂学习打下基础。

-培养学生的独立思考能力和预习习惯。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过库仑扭秤实验的视频，引出库仑定律的教学内容，激发兴趣。

-讲解知识点：详细讲解库仑定律的数学表达式、物理意义及其应用。

-组织课堂活动：设计小组讨论，分析电荷分布对电场的影响；进行角色扮演，模拟科学家探索库仑定律的过程。

-解答疑问：针对学生的问题，提供实时解答。

学生活动：

-听讲并思考：认真听讲，思考库仑定律的实际应用。

-参与课堂活动：在小组讨论中积极发言，通过角色扮演体验科学探究过程。

-提问与讨论：对不解之处提出问题，与同学和老师讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：系统讲解库仑定律的理论知识。

-实践活动法：通过实验和角色扮演，加深对知识点的理解。

-合作学习法：小组讨论促进学生之间的交流与合作。

作用与目的：

-加深对库仑定律的理解，掌握其数学表达和物理意义。

-通过实践活动，培养学生的动手能力和问题解决能力。

-增强团队合作和沟通技能。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：根据课堂内容，布置相关的习题，巩固学生对库仑定律的理解。

-提供拓展资源：推荐相关的学术文章、视频讲座等，鼓励学生深入学习。

-反馈作业情况：及时批改作业，给予学生个性化的反馈。

学生活动：

-完成作业：认真完成作业，巩固课堂所学。

-拓展学习：利用拓展资源，深化对库仑定律的认识。

-反思总结：总结学习过程中的得失，提出改进措施。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：学生自主完成作业和拓展学习。

-反思总结法：通过反思，促进学生自我认知和自我提升。

作用与目的：

-巩固库仑定律的知识点，提高解题能力。

-拓宽知识视野，激发学生对物理学的兴趣。

-培养学生自我反思和自我改进的习惯。教学资源拓展1.拓展资源：

-与库仑定律相关的物理学史资料，了解库仑定律的发现过程，以及科学家库仑的研究方法和贡献。

-收集有关静电场在实际应用中的案例，如静电除尘、静电喷漆、静电复印等，探讨库仑定律在工业技术中的应用。

-提供电荷分布与电场线分布的动态模拟资源，帮助学生更直观地理解复杂电荷分布对电场的影响。

-查阅有关静电力与引力比较的资料，探讨两者之间的相似性和差异性。

-收集库仑定律在现代科学研究中的应用实例，如粒子物理学、天体物理学等领域。

2.拓展建议：

-鼓励学生阅读物理学史相关书籍，了解科学家的探究过程，培养学生的科学精神和科研态度。

-引导学生关注静电场在日常生活和工业中的应用，通过实际案例加深对库仑定律的理解。

-建议学生利用课外时间，使用物理模拟软件，自主设计电荷分布实验，观察电场线的变化，提高实践操作能力。

-组织学生进行小组讨论，比较静电力与引力的异同，培养学生的批判性思维和逻辑推理能力。

-鼓励学生查阅现代科学研究资料，了解库仑定律在先进科技领域中的重要作用，激发学生的创新意识。重点题型整理1.计算题：两个点电荷间的静电力

问题：两个电荷量分别为Q1=+5C和Q2=-3C的点电荷，相距r=0.2m，求它们之间的静电力。

答案：根据库仑定律，F=k*Q1*Q2/r^2，其中k为库仑常数，k=8.99×10^9N·m^2/C^2。代入数据计算得：

F=(8.99×10^9N·m^2/C^2)*(5C)*(-3C)/(0.2m)^2

F≈-6.67×10^4N

两个电荷之间的静电力为6.67×10^4N，方向由Q1指向Q2。

2.计算题：电荷分布对电场的影响

问题：一个半径为R的均匀带电球面，电荷密度为σ，求球面上任意一点P的电场强度。

答案：由于球面的对称性，球面上任意一点P的电场强度E只与距离R有关，且方向垂直于球面。根据高斯定律，电场强度E与电荷面密度σ之间的关系为：

E*4πR^2=Q_enclosed/ε_0

其中Q_enclosed为球面内包含的电荷量，ε_0为真空中的电常数，ε_0=8.85×10^-12C^2/N·m^2。由于球面电荷分布均匀，Q_enclosed=σ*4πR^2，代入得：

E*4πR^2=σ*4πR^2/ε_0

E=σ/ε_0

电场强度E与电荷密度σ成正比，与球面半径R无关。

3.应用题：静电力的实际应用

问题：静电植绒工艺中，如果绒毛带正电荷，工作台带负电荷，求绒毛在工作台电场作用下，克服重力加速度g，刚好能被吸附到工作台上的最小电荷密度σ。

答案：绒毛在电场力Fe和重力Fg作用下平衡，即Fe=Fg。电场力Fe=E*q，其中q为绒毛上的电荷量，E为电场强度。重力Fg=m*g，其中m为绒毛的质量，g为重力加速度。由于电荷量q与绒毛的表面积A和电荷密度σ有关，q=A*σ。因此，E*A*σ=m*g。电场强度E由工作台上的电荷量决定，E=Q/(4πε_0R^2)，其中Q为工作台上的总电荷量，R为工作台到绒毛的距离。代入得：

Q/(4πε_0R^2)*A*σ=m*g

σ=(m*g*4πε_0R^2)/Q

通过计算可以得出，为了使绒毛刚好能被吸附到工作台上，电荷密度σ需要满足上述关系。

4.分析题：电荷分布与电场线的关系

问题：分析一个带电平板的电场线分布，并说明平板内部和表面的电场强度变化。

答案：带电平板的电场线从平板的带电面出发，垂直于平板表面，向另一侧延伸，并在另一侧汇聚到另一带电面。平板内部的电场线是平行且间距相等的，电场强度E在平板内部是均匀的，E=σ/ε_0，其中σ为电荷密度。在平板表面附近，电场线密度增加，电场强度增大，但方向仍然垂直于表面。远离平板，电场线间距逐渐增大，电场强度减小。

5.设计题：库仑扭秤实验

问题：设计一个库仑扭秤实验，用于测量两个点电荷间的静电力，并计算电荷量。

答案：实验步骤如下：

a.准备一个轻质细杆，一端固定一个带有电荷的小球，另一端悬挂一个可旋转的扭秤，扭秤上固定另一个带有电荷的小球。

b.调整两个小球的距离，记录下扭秤的平衡位置。

c.改变其中一个电荷的电荷量，观察扭秤旋转的角度变化，记录数据。

d.根据库仑定律和扭秤的扭转力矩关系，计算两个电荷间的静电力，并推算出电荷量。

实验中需要考虑的因素包括电荷的精确测量、扭秤的灵敏度、环境的电磁干扰等。教学反思与改进首先，我发现部分学生在理解库仑定律的数学表达式和物理意义时存在困难。为了帮助学生更好地理解这一部分内容，我计划在未来的教学中增加一些具体的实例，让学生能够更加直观地感受到库仑定律在现实生活中的应用。

其次，在课堂讨论环节，我发现有些学生参与度不高，可能是因为他们对库仑定律的兴趣不够浓厚。为了激发学生的学习兴趣，我计划在未来的教学中引入更多的互动环节，如小组竞赛、角色扮演等，让学生在轻松愉快的氛围中学习。

此外，我还发现部分学生在实验操作中存在一些不规范的操作，这可能会影响到实验结果的准确性。为了提高学生的实验技能，我计划在未来的教学中增加一些实验操作的示范和讲解，让学生能够更加熟练地掌握实验技巧。

在教学过程中，我也注意到一些学生对于库仑定律的应用还不是很熟悉。为了帮助学生更好地将库仑定律应用到实际问题中，我计划在未来的教学中增加一些与库仑定律相关的实际案例，让学生在学习理论的同时，能够更好地理解和掌握其应用。课堂我还发现部分学生在课堂讨论环节参与度不高，可能是因为他们对库仑定律的兴趣不够浓厚。为了激发学生的学习兴趣，我计划在未来的教学中引入更多的互动环节，如小组竞赛、角色扮演等，让学生在轻松愉快的氛围中学习。

此外，我也注意到一些学生在实验操作中存在一些不规范的操作，这可能会影响到实验结果的准确性。为了提高学生的实验技能，我计划在未来的教学中增加一些实验操作的示范和讲解，让学生能够更加熟练地掌握实验技巧。

在作业评价方面，我对学生的作业进行了认真批改和点评。我注意到一些学生在解答问题时缺乏逻辑性和条理性，他们往往无法清晰地表达自己的思路。为了帮助学生提高问题解决能力，我计划在未来的教学中增加一些逻辑思维训练，让学生能够更加清晰地表达自己的思路。

同时，我也发现一些学生在作业中存在一些知识盲点，他们对于某些概念的理解不够深入。为了帮助学生填补知识盲点，我计划在未来的教学中增加一些针对性的复习和讲解，让学生能够更加全面地掌握所学知识。板书设计①库仑定律公式

-F=k*Q1*Q2/r^2

-其中F为静电力，Q1和Q2为两个点电荷的电荷量，r为它们之间的距离，k为库仑常数。

②电场强度与电荷分布的