高中物理库仑定律教案

高中物理库仑定律教案一、教学目标1.知识与技能目标理解库仑定律的内容，掌握库仑定律的表达式，并能运用它进行有关的计算。知道库仑扭秤的实验原理，了解静电力常量的数值和单位。了解库仑定律的适用条件，会用库仑定律和电场强度的公式解决有关的综合问题。2.过程与方法目标通过探究库仑定律的实验过程，培养学生观察、分析、归纳和总结的能力。体会用控制变量法研究物理问题的思想方法，提高学生的实验设计和操作能力。通过运用库仑定律解决实际问题，培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。3.情感态度与价值观目标通过了解库仑定律的发现过程，感受科学家探索自然规律的艰辛与执着，培养学生对科学的兴趣和热爱。体会物理规律的简洁美和对称美，培养学生的审美情趣。培养学生严谨的科学态度和合作精神，增强学生的创新意识和实践能力。

二、教学重难点1.教学重点库仑定律的内容、表达式及适用条件。库仑定律的实验探究过程。2.教学难点对库仑定律中静电力与距离平方成反比的理解。库仑定律与电场强度公式的综合应用。

三、教学方法讲授法、实验探究法、讨论法、练习法

四、教学过程

（一）新课导入1.展示图片展示一些与静电现象有关的图片，如冬天脱毛衣时产生的电火花、静电吸附灰尘等，引导学生回忆初中所学的静电知识，提问学生："这些静电现象是如何产生的？它们之间的相互作用有什么规律？"从而引起学生的兴趣，导入新课。2.复习回顾提问学生："电荷之间的相互作用力与哪些因素有关？"引导学生回顾初中所学的电荷间相互作用的规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。进一步提问："这种相互作用力的大小与电荷量以及电荷间的距离有怎样的定量关系呢？这就是我们本节课要探究的内容库仑定律。"

（二）新课教学1.库仑定律的实验探究介绍库仑扭秤展示库仑扭秤的实物模型或图片，向学生介绍其结构和工作原理。库仑扭秤主要由悬丝、带电小球、平衡小球、刻度盘等部分组成。当两个带电小球相互靠近时，它们之间的静电力会使悬丝发生扭转，通过测量悬丝的扭转角度，就可以确定静电力的大小。实验原理引导学生思考如何通过库仑扭秤来探究静电力与电荷量和距离的关系。提出问题："我们要研究静电力与电荷量和距离的关系，应该采用什么方法？"引导学生回答控制变量法。进行实验（1）保持两小球的距离不变，改变其中一个小球的电荷量，观察悬丝的扭转角度，记录数据。分析数据，得出静电力与电荷量的关系：在距离一定时，静电力与电荷量成正比。（2）保持两小球的电荷量不变，改变它们之间的距离，观察悬丝的扭转角度，记录数据。分析数据，得出静电力与距离的关系：在电荷量一定时，静电力与距离的平方成反比。实验结论通过以上实验探究，总结出库仑定律的内容：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。2.库仑定律的表达式给出库仑定律的表达式：\(F=k\frac{q_1q_2}{r^2}\)，其中\(F\)表示两个点电荷之间的静电力，\(q_1\)、\(q_2\)分别表示两个点电荷的电荷量，\(r\)表示两个点电荷之间的距离，\(k\)是静电力常量。介绍静电力常量\(k\)说明静电力常量\(k\)的数值和单位：\(k=9.0×10^9N·m^2/C^2\)。强调\(k\)的意义，它是一个与单位制选择有关的常量，在国际单位制中，它保证了库仑定律表达式的准确性和一致性。3.库仑定律的适用条件强调库仑定律只适用于真空中的点电荷。引导学生思考什么是点电荷，通过举例说明：当带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，就可以把带电体看作点电荷。比如，两个相距很远的带电小球，它们的大小和形状相比它们之间的距离可以忽略不计，这时就可以把它们看作点电荷，应用库仑定律计算它们之间的静电力。指出当带电体不能看作点电荷时，可以把带电体分割成许多可以看作点电荷的小部分，然后根据库仑定律分别计算各小部分之间的静电力，最后通过矢量合成得到整个带电体之间的静电力。4.库仑定律的应用例题讲解例1：真空中有两个点电荷，电荷量分别为\(q_1=+4.0×10^{9}C\)和\(q_2=2.0×10^{9}C\)，它们相距\(r=0.2m\)。求这两个点电荷之间的静电力大小和方向。解：根据库仑定律\(F=k\frac{q_1q_2}{r^2}\)，可得：\(F=9.0×10^9×\frac{4.0×10^{9}×2.0×10^{9}}{(0.2)^2}N=1.8×10^{6}N\)因为两电荷异号，所以它们之间的静电力为引力，方向沿两电荷的连线指向电荷量为\(q_1\)的点电荷。例2：两个完全相同的金属小球，分别带有\(+3Q\)和\(Q\)的电荷量，当它们相距\(r\)时，它们之间的静电力大小为\(F\)。若把它们接触后分开，再放回原来的位置，它们之间的静电力大小变为多少？解：两球接触前，根据库仑定律\(F=k\frac{3Q·Q}{r^2}=k\frac{3Q^2}{r^2}\)。两球接触后，先中和再平分电荷量，每个小球带电荷量为\(\frac{3QQ}{2}=Q\)。放回原来位置后，它们之间的静电力大小为\(F'=k\frac{Q·Q}{r^2}=k\frac{Q^2}{r^2}\)。所以\(\frac{F'}{F}=\frac{k\frac{Q^2}{r^2}}{k\frac{3Q^2}{r^2}}=\frac{1}{3}\)，即\(F'=\frac{1}{3}F\)。课堂练习布置一些与库仑定律相关的练习题，让学生在课堂上进行练习，及时巩固所学知识。练习题如下：（1）真空中有两个点电荷，它们之间的静电力为\(F\)。如果保持它们的电荷量不变，将它们之间的距离增大为原来的\(2\)倍，则它们之间的静电力变为（）A.\(\frac{F}{2}\)B.\(\frac{F}{4}\)C.\(2F\)D.\(4F\)（2）两个点电荷相距\(r\)时相互作用为\(F\)，则（）A.电荷量不变，距离加倍时，作用力变为\(\frac{F}{2}\)B.其中一个电荷的电荷量和两电荷间距离都减半时，作用力为\(4F\)C.每个电荷的电荷量和两电荷间距离都减半时，作用力为\(4F\)D.每个电荷的电荷量和两电荷间距离都增加相同倍数时，作用力不变（3）两个大小相同的小球带有同种电荷（可看作点电荷），质量分别为\(m_1\)和\(m_2\)，带电荷量分别为\(q_1\)和\(q_2\)。用绝缘线悬挂后，因静电力而使两悬线张开，分别与铅垂线方向成夹角\(\alpha_1\)和\(\alpha_2\)，且两球同处一水平线上，如图所示。若\(\alpha_1=\alpha_2\)，则下述结论正确的是（）A.\(q_1=q_2\)B.\(q_1/m_1=q_2/m_2\)C.\(m_1=m_2\)D.必须同时满足\(q_1=q_2\)，\(m_1=m_2\)

（三）课堂小结1.引导学生回顾本节课所学内容，提问学生："本节课我们学习了哪些知识？"让学生回答库仑定律的内容、表达式、适用条件以及通过例题和练习掌握的应用方法。2.总结强调重点内容库仑定律是描述真空中两个静止点电荷之间相互作用力的规律，它是电学中的重要基本定律。要牢记库仑定律的表达式\(F=k\frac{q_1q_2}{r^2}\)，理解其中各物理量的含义，并注意适用条件是真空中的点电荷。在应用库仑定律解题时，要注意正确分析电荷的正负、距离等物理量，准确运用公式进行计算。

（四）课后作业1.书面作业完成课本上的课后习题，要求认真书写解题过程，规范答题格式。补充作业：真空中有三个点电荷，它们固定在边长为\(50cm\)的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是\(+2.0×10^{6}C\)。求它们各自所受的静电力。2.拓展作业查阅资料，了解库仑定律在现代科技中的应用，如静电除尘、静电复印等，并写一篇简短的报告。思考如果库仑定律不满足距离平方反比关系，将会对我们的生活和科技发展产生哪些影响？

五、教学反思通过本节课的教学，学生对库仑定律有了较为深入的理解和掌握。在教学过程中，采用实验探究法让学生亲身体验库仑定律的发现过程，培养了学生的探究能力和科学思维。通过例题讲解和课堂练习，学生能够运用库仑定律解决一些实际问题，提高了学生运用数学知识解决物