庫侖定律物理教學(xué)設(shè)計(jì)方案**一、課程基本信息**課程名稱：物理（必修3）章節(jié)：第一章靜電場(chǎng)第2節(jié)庫侖定律課時(shí)：1課時(shí)（45分鐘）授課對(duì)象：高一學(xué)生課程標(biāo)準(zhǔn)：了解庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程，掌握庫侖定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件；理解點(diǎn)電荷模型的意義；體會(huì)控制變量法、理想模型法在科學(xué)研究中的應(yīng)用。**二、教學(xué)目標(biāo)**1.知識(shí)與技能（1）掌握庫侖定律的內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式及適用條件；（2）理解點(diǎn)電荷模型的物理意義，能判斷實(shí)際帶電體能否視為點(diǎn)電荷；（3）記住靜電力常量的數(shù)值和單位，能運(yùn)用庫侖定律進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。2.過程與方法（1）通過實(shí)驗(yàn)探究電荷間作用力與電荷量、距離的關(guān)系，體會(huì)控制變量法的應(yīng)用；（2）通過類比質(zhì)點(diǎn)模型，理解點(diǎn)電荷模型的構(gòu)建過程，培養(yǎng)理想模型思維；（3）通過庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)的分析，體會(huì)微小力測(cè)量的方法（放大法）。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過庫侖定律的發(fā)現(xiàn)史，感受科學(xué)家的探究精神（如庫侖的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）；（2）通過比較庫侖力與萬有引力，認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的統(tǒng)一性與差異性，激發(fā)對(duì)物理的興趣；（3）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，理解“理想模型”在物理研究中的重要性。**三、教學(xué)重難點(diǎn)**重點(diǎn)：庫侖定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件；點(diǎn)電荷模型的理解。難點(diǎn)：庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想（微小力的測(cè)量）；庫侖定律的實(shí)驗(yàn)探究過程。**四、教學(xué)方法**探究式教學(xué)：通過“猜想—實(shí)驗(yàn)—?dú)w納”流程，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建庫侖定律；類比法：用質(zhì)點(diǎn)模型類比點(diǎn)電荷模型，用萬有引力定律類比庫侖定律；實(shí)驗(yàn)演示法：用改進(jìn)的庫侖扭秤（或力傳感器）演示電荷間作用力與距離、電荷量的關(guān)系；問題引導(dǎo)法：通過層層遞進(jìn)的問題，推動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展。**五、教學(xué)準(zhǔn)備**實(shí)驗(yàn)器材：庫侖扭秤（或簡(jiǎn)化版：帶絕緣柄的金屬球、力傳感器、靜電計(jì)、絲綢、玻璃棒、毛皮、橡膠棒）；多媒體資源：庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)視頻、點(diǎn)電荷模型動(dòng)畫、萬有引力與庫侖力對(duì)比表格；板書設(shè)計(jì)：提前規(guī)劃主板書（庫侖定律內(nèi)容、表達(dá)式、適用條件）和副板書（實(shí)驗(yàn)過程、問題推導(dǎo)）。**六、教學(xué)過程****（一）導(dǎo)入新課：生活中的靜電現(xiàn)象（5分鐘）**演示實(shí)驗(yàn)：用絲綢摩擦過的玻璃棒吸引碎紙屑，用毛皮摩擦過的橡膠棒排斥另一個(gè)橡膠棒；問題引導(dǎo)：①為什么玻璃棒能吸引碎紙屑？（帶電體吸引輕小物體）②為什么兩個(gè)橡膠棒會(huì)排斥？（同種電荷相互排斥）③電荷間的相互作用力大小與什么因素有關(guān)？（引導(dǎo)學(xué)生猜想：電荷量、距離）過渡：今天我們就來探究電荷間相互作用力的規(guī)律——庫侖定律。**（二）實(shí)驗(yàn)探究：電荷間作用力的影響因素（15分鐘）**1.猜想與假設(shè)學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)，猜想電荷間作用力的大小與哪些因素有關(guān)？（預(yù)設(shè)：電荷量越多，作用力越大；距離越遠(yuǎn)，作用力越?。┙處熞龑?dǎo)：如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些猜想？（控制變量法：保持一個(gè)變量不變，改變另一個(gè)變量）2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與演示實(shí)驗(yàn)1：探究作用力與距離的關(guān)系（保持電荷量不變）器材：兩個(gè)相同的帶電金屬球（用絲綢摩擦玻璃棒后接觸金屬球，使它們帶等量正電）、力傳感器；操作：將一個(gè)金屬球固定，另一個(gè)掛在力傳感器上，逐漸增大兩球間的距離，記錄不同距離下的作用力大?。滑F(xiàn)象：距離增大時(shí)，力傳感器的示數(shù)減小；結(jié)論：保持電荷量不變，作用力與距離的平方成反比（F∝1/r2，通過數(shù)據(jù)擬合驗(yàn)證）。實(shí)驗(yàn)2：探究作用力與電荷量的關(guān)系（保持距離不變）器材：兩個(gè)相同的金屬球（A帶電量為Q，B不帶電）、力傳感器；操作：將A固定，B掛在力傳感器上，記錄初始作用力F?；然后將B與A接觸，使B的電荷量變?yōu)镼/2，保持距離不變，記錄作用力F?；現(xiàn)象：F?=F?/2；結(jié)論：保持距離不變，作用力與電荷量的乘積成正比（F∝Q?Q?）。3.庫侖的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：扭秤法測(cè)微小力播放視頻：庫侖扭秤的結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)過程（介紹扭秤的工作原理：扭轉(zhuǎn)角度與扭力成正比，通過扭轉(zhuǎn)角度測(cè)量微小力）；教師總結(jié)：庫侖通過扭秤實(shí)驗(yàn)，精確得出：電荷間的作用力與電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，即庫侖定律的雛形。**（三）構(gòu)建規(guī)律：庫侖定律的內(nèi)容與表達(dá)式（10分鐘）**1.庫侖定律的內(nèi)容文字表述：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。符號(hào)表達(dá)：\(F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}\)\(F\)：靜電力（單位：N）；\(Q_1、Q_2\)：兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量（單位：C）；\(r\)：兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離（單位：m）；\(k\)：靜電力常量（\(k=9.0\times10^9\,\text{N·m}^2/\text{C}^2\)）。2.適用條件關(guān)鍵詞：真空中、靜止、點(diǎn)電荷；點(diǎn)電荷模型：定義：當(dāng)帶電體的大小和形狀對(duì)相互作用力的影響可以忽略時(shí)，帶電體可以視為點(diǎn)電荷（理想模型）；類比：與質(zhì)點(diǎn)模型的構(gòu)建邏輯一致（突出主要因素，忽略次要因素）；判斷方法：帶電體間的距離遠(yuǎn)大于它們的線度（如半徑）時(shí)，可視為點(diǎn)電荷。3.方向判斷同種電荷：相互排斥（作用力方向沿兩電荷連線背離對(duì)方）；異種電荷：相互吸引（作用力方向沿兩電荷連線指向?qū)Ψ剑?；注意：?jì)算力的大小時(shí)，\(Q_1、Q_2\)取絕對(duì)值；方向由電荷的電性決定。**（四）深化理解：庫侖定律的應(yīng)用與拓展（10分鐘）**1.例題講解：庫侖力的計(jì)算例題：兩個(gè)帶電量均為\(1.0\times10^{-6}\,\text{C}\)的點(diǎn)電荷，相距\(0.1\,\text{m}\)，求它們之間的相互作用力大小？（\(k=9.0\times10^9\,\text{N·m}^2/\text{C}^2\)）解答：\(F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}=9.0\times10^9\times\frac{(1.0\times10^{-6})\times(1.0\times10^{-6})}{0.1^2}=0.9\,\text{N}\)；強(qiáng)調(diào)：?jiǎn)挝唤y(tǒng)一（電荷量用C，距離用m）；數(shù)值計(jì)算時(shí)注意科學(xué)計(jì)數(shù)法的應(yīng)用。2.拓展：庫侖力與萬有引力的對(duì)比表格展示：規(guī)律公式作用力性質(zhì)適用條件常量萬有引力定律\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)引力任意兩個(gè)物體\(G=6.67\times10^{-11}\,\text{N·m}^2/\text{kg}^2\)庫侖定律\(F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}\)引力/斥力真空中的點(diǎn)電荷\(k=9.0\times10^9\,\text{N·m}^2/\text{C}^2\)問題引導(dǎo)：①為什么兩個(gè)定律的形式如此相似？（自然規(guī)律的統(tǒng)一性）②電子與質(zhì)子之間的庫侖力是萬有引力的多少倍？（計(jì)算：\(\frac{F_{\text{庫}}}{F_{\text{萬}}}=\frac{ke^2}{Gm_em_p}\approx2\times10^{39}\)，說明微觀領(lǐng)域庫侖力遠(yuǎn)大于萬有引力）3.誤區(qū)提醒庫侖定律中的\(r\)是兩個(gè)點(diǎn)電荷中心之間的距離，不是帶電體表面的距離；點(diǎn)電荷是理想模型，實(shí)際帶電體能否視為點(diǎn)電荷，取決于研究問題的精度要求（如研究?jī)蓚€(gè)帶電球體間的作用力，當(dāng)距離遠(yuǎn)大于球體半徑時(shí)，可視為點(diǎn)電荷）；庫侖力是相互作用力（遵循牛頓第三定律），即兩個(gè)電荷受到的力大小相等、方向相反。**（五）課堂小結(jié)（5分鐘）**教師引導(dǎo)：請(qǐng)同學(xué)們回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，回答以下問題：①庫侖定律的內(nèi)容是什么？表達(dá)式是怎樣的？②庫侖定律的適用條件有哪些？③點(diǎn)電荷模型的物理意義是什么？板書總結(jié)：1.庫侖定律：\(F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}\)（真空中、點(diǎn)電荷、靜止）；2.點(diǎn)電荷：理想模型（忽略大小形狀）；3.科學(xué)方法：控制變量法（實(shí)驗(yàn)）、理想模型法（點(diǎn)電荷）、類比法（萬有引力）。**（六）作業(yè)布置（5分鐘）**1.基礎(chǔ)題：課本第15頁習(xí)題1、2（計(jì)算庫侖力大小，鞏固表達(dá)式應(yīng)用）；2.拓展題：查閱資料，了解庫侖扭秤的改進(jìn)過程（如現(xiàn)代用什么方法測(cè)量微小靜電力）；3.思考：為什么日常中很難觀察到電荷間的強(qiáng)大庫侖力？（提示：物體通常呈電中性，電荷量很?。?。**七、教學(xué)反思**成功之處：通過實(shí)驗(yàn)探究和類比法，學(xué)生較好地理解了庫侖定律的內(nèi)容和適用條件；點(diǎn)電荷模型的構(gòu)建過程，培養(yǎng)了學(xué)生的理想模型思維；改進(jìn)方向：可增加學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（如用驗(yàn)電器粗略探究作用力與距離的關(guān)系），提高學(xué)生的參與度；對(duì)于基礎(chǔ)較弱的學(xué)生，可補(bǔ)充庫侖力方向判斷的練