資源簡介

1.2《庫倫定律》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 魯科版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于魯科版高中物理必修第一冊第一章第二節，是靜電學的開篇核心內容之一。庫倫定律作為描述真空中兩個靜止點電荷之間相互作用力的基本規律，是整個電磁學體系的基石。教材通過實驗探究引出定律表達式，強調科學建模與定量分析的過程，體現了“從實驗到理論”的物理思想。內容承接初中對電荷的基本認識，為后續電場強度、電勢能等概念的學習奠定基礎，具有承上啟下的關鍵作用。
學情分析
高二學生已具備一定的力學基礎（如牛頓定律、矢量合成），并初步了解電荷的性質。但在抽象思維方面仍存在局限，對微觀電荷間作用力缺乏直觀感知。同時，學生剛接觸平方反比關系和矢量疊加，容易在方向判斷和多電荷系統受力分析中出錯。此外，部分學生數學運算能力較弱，影響公式應用。因此，教學中需借助類比（如萬有引力）、可視化模擬和分層任務設計，幫助學生突破認知障礙，提升建模與推理能力。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解庫倫定律的內容、適用條件及其數學表達式，掌握靜電力的大小計算與方向判斷方法。
2. 能區分點電荷模型與實際帶電體，理解理想化模型在物理研究中的意義。
科學思維
1. 經歷從實驗現象到物理規律的歸納過程，發展演繹推理與模型建構能力。
2. 能運用庫倫定律解決兩個及以上點電荷系統的靜電力合成問題，提升矢量分析能力。
科學探究
1. 通過模擬“庫倫扭秤實驗”情境，體會控制變量法在探究物理規律中的應用。
2. 設計簡單方案驗證電荷間作用力與距離、電量的關系，增強實驗設計與數據分析能力。
科學態度與責任
1. 感悟庫倫在缺乏現代測量工具下精巧實驗設計的科學精神，培養嚴謹求實的態度。
2. 認識靜電現象在生活中的廣泛應用（如靜電除塵、復印機）與潛在危害（如加油站靜電起火），增強社會責任意識。
教學重點、難點
重點
1. 庫倫定律的表達式、適用條件及靜電力的計算方法。
2. 點電荷的理想化模型及其應用條件。
難點
1. 多個點電荷共存時靜電力的矢量合成與方向判斷。
2. 對庫倫扭秤實驗原理的理解及其科學思想的領悟。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗模擬法
教具準備
多媒體課件、庫倫扭秤實驗動畫視頻、靜電小球演示裝置、電子白板、學習任務單
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、生活現象激趣，引出探究主題 （一）、演示靜電吸引現象，激發認知沖突。
教師手持一根經絲綢摩擦后的玻璃棒，靠近懸掛的輕質泡沫小球，小球被吸引并發生擺動。隨后，用另一根帶電橡膠棒靠近，觀察排斥現象。提問：“我們已經知道同種電荷相斥、異種電荷相吸，但這種力到底有多大？它和哪些因素有關？比如兩個電荷離得遠一點，力會不會變小？電荷量多一點，力會不會變大？”引導學生回憶萬有引力定律的形式，提出類比猜想：“會不會也像引力一樣，與距離平方成反比？”
（二）、講述庫倫研究背景，營造歷史情境。
教師講述：“18世紀末，法國物理學家查爾斯·奧古斯丁·庫倫就面臨這樣的問題。當時沒有精密電子儀器，他如何測量微弱的靜電力？他發明了一種極其靈敏的‘扭秤’裝置——就像一根細線吊著橫桿，兩端各掛一個小球。當另一個帶電體靠近時，靜電力使橫桿扭轉，扭轉角度就能反映力的大小。”播放一段30秒的庫倫扭秤實驗動畫，展示其精巧結構。“今天，我們就化身‘小小庫倫’，沿著他的足跡，揭開靜電力的神秘面紗。” 1. 觀察實驗現象，描述所見。
2. 回憶電荷間相互作用規律。
3. 提出靜電力可能與距離、電荷量有關的假設。
4. 對比萬有引力，進行類比推理。
評價任務 現象描述：☆☆☆
提出假設：☆☆☆
類比遷移：☆☆☆
設計意圖 通過真實可感的靜電實驗迅速吸引學生注意力，建立生活與物理的聯系；以歷史人物和經典實驗為線索，構建探究情境，激發求知欲；引導學生從定性感知走向定量思考，為后續規律探究做好心理鋪墊。
新知建構
【15分鐘】 一、模擬實驗探究，歸納庫倫定律 （一）、控制變量法探究F與r的關系。
教師在電子白板上展示模擬實驗界面：左側為固定電荷Q，右側為可移動電荷q，二者間距r可調，力的大小F由動態柱狀圖顯示。引導：“我們先固定兩個電荷的電量，只改變它們之間的距離。”設定Q=q=2×10 C，依次將r從0.2m調整至0.4m、0.6m、0.8m、1.0m，記錄每組r與F的數據。組織學生分組討論：“F隨r如何變化？嘗試繪制F-r圖像。若畫F-1/r 圖像呢？”學生代表匯報結果，發現F與1/r 成正比關系。教師強調：“這說明靜電力遵循平方反比律，與萬有引力形式相似，但本質不同。”
（二）、探究F與q 、q 的關系。
繼續使用模擬實驗，固定r=0.5m，先保持q 不變，改變q （如1×10 C、2×10 C、3×10 C），觀察F的變化趨勢。再保持q 不變，改變q ，重復操作。引導學生總結：“當一個電荷量增大時，力如何變化？兩個電荷量都增大呢？”學生得出F∝q q 的結論。教師補充：“庫倫當年正是通過精確測量扭轉角與電荷量、距離的關系，最終得出這個結論。”
（三）、整合規律，形成庫倫定律表達式。
教師引導：“結合剛才的兩個結論，F∝q q 且F∝1/r ，那么F應該等于什么？”學生嘗試寫出F=kq q /r 。教師介紹比例常數k=9.0×10 N·m /C ，說明其物理意義，并強調適用條件：真空中、靜止的點電荷。提問：“什么是點電荷？是不是很小的帶電體就是點電荷？”引導學生理解點電荷是理想模型，當帶電體尺寸遠小于它們之間的距離時，可忽略形狀和大小，視為質點處理。 1. 觀察模擬數據，記錄實驗結果。
2. 繪制F-r與F-1/r 圖像，分析規律。
3. 歸納F與q 、q 的正比關系。
4. 參與公式推導，理解點電荷概念。
評價任務 數據記錄：☆☆☆
圖像分析：☆☆☆
規律歸納：☆☆☆
設計意圖 利用數字化模擬實驗突破傳統實驗難以定量測量的局限，讓學生直觀感受控制變量法的應用過程；通過自主繪圖與分析，提升數據處理與科學推理能力；在師生互動中逐步構建庫倫定律的完整表達式，強化對公式物理意義的理解；通過對點電荷的辨析，滲透理想化模型的科學思想。
深化應用
【15分鐘】 一、典例剖析，掌握靜電力計算 （一）、基礎計算：兩電荷間的靜電力。
出示例題1：“真空中有兩個靜止的點電荷，q =+3.0×10 C，q =-4.0×10 C，相距r=0.3m。求它們之間的靜電力大小，并判斷是引力還是斥力。”教師引導學生分步解答：第一步，確認適用條件（真空、靜止、點電荷）；第二步，代入公式F=k|q q |/r ；第三步，計算數值（F=9×10 ×(3×10 )×(4×10 )/(0.3) =1.2N）；第四步，根據電性判斷為吸引力。強調絕對值代入與方向判斷的分離處理。
（二）、矢量合成：三個點電荷的受力分析。
出示例題2：“在光滑絕緣水平面上，三個點電荷A、B、C位于同一直線上，AB=BC=0.2m。qA=+2×10 C，qB=-1×10 C，q C=+3×10 C。求電荷B所受的靜電力。”教師引導：“B同時受到A和C的作用力，需進行矢量合成。先分別計算F{AB}和F{CB}的大小與方向。”計算得F{AB}=k(2×10 )(1×10 )/(0.2) =0.45N（A對B為吸引力，方向向左）；F{CB}=k(1×10 )(3×10 )/(0.2) =0.675N（C對B為排斥力，方向向左）。兩者同向，合力FB=0.45+0.675=1.125N，方向水平向左。教師提醒：“注意電荷正負決定力的方向，距離取對應間距。”
（三）、小組合作，拓展空間構型。
布置合作任務：“若將上述三個電荷置于邊長為0.2m的等邊三角形三個頂點上，其他條件不變，求B所受合力。”發放任務單，要求畫出受力示意圖，分解力矢量，運用平行四邊形定則或正交分解法求解。教師巡視指導，重點幫助學生建立坐標系，正確分解F_{AB}和F_{CB}。最后請一組展示解題過程，集體訂正。 1. 獨立完成例題1的計算與判斷。
2. 分析例題2中B的受力情況。
3. 小組合作解決三角形構型問題。
4. 展示解題思路，接受同伴質疑。
評價任務 公式應用：☆☆☆
方向判斷：☆☆☆
矢量合成：☆☆☆
設計意圖 通過階梯式例題設計，由淺入深幫助學生掌握庫倫定律的應用技巧；在復雜情境中強化矢量思維，提升綜合分析能力；小組合作促進思維碰撞，培養協作解決問題的能力；教師及時反饋糾正常見錯誤（如忘記絕對值、方向混淆），確保知識準確內化。
聯系生活
【6分鐘】 一、拓展視野，認識靜電利與弊 （一）、介紹靜電應用實例。
教師展示圖片：靜電復印機工作原理示意圖、靜電除塵器內部結構、靜電噴涂生產線。講解：“在復印機中，硒鼓通過靜電吸附墨粉；工廠煙囪里的靜電除塵器能高效去除煙塵顆粒；汽車噴漆采用靜電噴涂，使油漆均勻附著。”引導學生思考：“這些應用共同利用了靜電力的什么特性？”學生回答：“能遠距離作用、可控制吸附。”
（二）、警示靜電安全隱患。
播放短視頻：加油站因靜電火花引發火災的模擬動畫。教師嚴肅提醒：“在易燃環境中，微小的靜電火花也可能釀成大禍。因此，加油站禁止使用手機、需觸摸靜電釋放器。”提問：“生活中還有哪些防靜電措施？”預設答案：穿棉質衣物、使用加濕器、電子元件包裝用防靜電袋等。強調科學知識對安全生活的指導意義。 1. 觀察圖片，理解靜電應用原理。
2. 總結靜電力在技術中的共性特征。
3. 觀看安全警示視頻，增強防范意識。
4. 舉例生活中的防靜電做法。
評價任務 應用理解：☆☆☆
安全意識：☆☆☆
生活聯系：☆☆☆
設計意圖 打破“物理即公式”的刻板印象，展現庫倫定律在現代科技中的實際價值，增強學習意義感；通過真實安全事故案例，強化社會責任意識，體現“科學態度與責任”的核心素養目標；引導學生用物理眼光觀察世界，實現知識的遷移與升華。
課堂總結
【4分鐘】 一、結構化回顧，升華科學精神 （一）、梳理知識脈絡。
教師在黑板上逐步構建思維導圖：“今天我們從靜電現象出發，通過模擬庫倫的實驗探究，得出了描述電荷間相互作用的——庫倫定律（F=kq q /r ），它適用于真空中的靜止點電荷。我們學會了計算靜電力的大小，并掌握了多電荷系統中力的矢量合成方法。”同時板書關鍵公式與要點。
（二）、升華科學思想。
教師深情總結：“庫倫用一根細線、一面鏡子、一束光，測出了看不見摸不著的靜電力，這不僅是公式的勝利，更是人類智慧的閃耀。正如愛因斯坦所說：‘想象力比知識更重要。’在科學探索的道路上，嚴謹的實驗設計、巧妙的模型建構與不懈的求真精神，才是推動文明前行的真正力量。希望你們在未來的學習中，不僅能記住這個公式，更能傳承這份對自然奧秘的好奇與敬畏。” 1. 跟隨教師回顧本節知識框架。
2. 記錄板書重點，完善筆記。
3. 感悟科學探究的本質與精神。
4. 思考物理學習的深層意義。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
要點記憶：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生形成清晰的知識網絡；引用愛因斯坦名言提升課堂格調，將知識學習上升至科學精神與人文情懷的層面，實現情感態度價值觀的自然滲透；以富有詩意的語言收尾，留下深刻印象，激發持續探索的興趣。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 真空中有兩個點電荷，q = +5.0×10 C，q = -2.0×10 C，相距 r = 0.1 m。求它們之間的靜電力大小，并說明是引力還是斥力。
2. 若將上題中兩電荷間的距離增大到原來的3倍，靜電力變為原來的幾分之幾？若僅將q 增大為原來的2倍，靜電力又如何變化？
二、能力提升
3. 在邊長為 L = 0.1 m 的正方形ABCD的四個頂點上，分別固定四個點電荷：qA = +q，qB = -q，qC = +q，qD = -q（q = 1.0×10 C）。求置于中心O點的點電荷q = +2×10 C所受的靜電力。（提示：利用對稱性分析）
三、實踐拓展
4. 查閱資料，寫一段100字左右的文字，介紹“靜電屏蔽”現象及其在生活中的一個應用實例（如法拉第籠、屏蔽服等）。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. F = k|q q |/r = 9×10 × (5×10 ) × (2×10 ) / (0.1) = 9 N，因電性相反，為引力。
2. 距離增大3倍，F變為1/9；q 增大2倍，F變為2倍。
二、能力提升
3. 由對稱性可知，A與C對q 的斥力等大反向，合力為零；B與D對q 的引力也等大反向，合力為零。故q 所受合力為0。
板書設計
§1.2 庫倫定律
一、實驗基礎：庫倫扭秤 → 控制變量法
二、定律內容：
F = k q q / r
k = 9.0×10 N·m /C
條件：真空、靜止、點電荷
三、點電荷：理想模型（r d）
四、靜電力：矢量性 → 合成（平行四邊形定則）
五、應用：
靜電復印 除塵 噴涂
加油站防靜電
→ 科學精神：嚴謹 · 創新 · 求真
教學反思
成功之處
1. 以“模擬庫倫實驗”為主線貫穿全課，情境真實，激發了學生探究興趣，有效實現了知識的主動建構。
2. 數字化模擬實驗彌補了傳統教學的不足，使抽象的平方反比關系可視化，提升了教學效率。
3. 例題設計層次分明，從單一力到矢量合成，再到空間構型，符合認知規律，學生參與度高。
不足之處
1. 小組合作環節時間略顯緊張，部分小組未能充分展開討論，下次可適當壓縮導入時間。
2. 對“點電荷”模型的哲學意義挖掘不夠深入，可增加與質點、理想氣體等模型的橫向對比。
3. 作業第3題難度偏高，部分學生感到吃力，今后應提供更詳細的分步提示或設置選做題。

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