物理2 库仑定律教学设计

这是一份物理2 库仑定律教学设计，共7页。教案主要包含了课堂引入，实验探究，总结规律-库仑定律，应用-静电力的计算等内容，欢迎下载使用。

1．通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。
2．通过与质点模型类比，知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件，进一步体会科学研究中的理想模型方法。
3．理解库仑定律的内涵和适用条件，能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力。
4．体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法。
5．对比库仑定律和万有引力定律的形式，体会物理学的和谐统一之美，提高物理学习兴趣。
教学重难点
重 点 ：库仑定律的理解和应用
难 点 ：库仑扭秤实验的设计思路和方法
教学过程
一、课堂引入：体验静电
教学环节和教学内容：
（1）静电章鱼
同学们，我们知道摩擦能使物体带电，下面老师用摩擦起电给大家变个魔术好吗？
实验材料：一根PVC管、一团塑料丝、一块毛皮
实验过程：用毛皮分别摩擦塑料丝和PVC管，使之带电。将塑料丝抛向空中，同时用PVC管靠近空中的塑料丝。
实验现象：塑料丝漂浮在空中，且炸开。
实验解释：摩擦使PVC管和塑料丝带上了同种电荷，相互排斥，使塑料丝炸开，同时斥力与重力平衡，使塑料丝悬浮在空中。
教师和学生活动：
教师：边做实验边提问（大家看看现在的塑料丝像什么？）
学生：像一只张牙舞爪的大章鱼
教师：为什么会看到这样的现象呢？我们请一个同学来解释一下。
学生：摩擦使PVC管和塑料丝带上了同种电荷，会相互排斥，使塑料丝炸开，同时斥力与重力平衡，使塑料丝悬浮在空中。
教学环节和教学内容：
（2）静电引水
再给大家看个老师在实验室录的小视频，同样用一根摩擦过的PVC管去靠近细水流，观察看到的现象。
实验现象：水流变弯了。
实验解释：异种电荷相互吸引，水流因被PVC管吸引而变弯。
教师和学生活动：
教师：播放视频，提问现象
学生：看到水流变弯了
教师：请一位同学来解释一下
学生：异种电荷相互吸引，水流因被PVC管吸引而变弯。
设计意图：用趣味实验引入课堂，吸引学生的目光，激发学生学习的兴趣，体验生活中的静电，感受物理就在我们身边。
二、实验探究：探究电荷间的作用力
教学环节和教学内容：
（一）定性探究
Ø 提出问题：电荷间的这种作用力，或排斥力，或吸引力，有多大呢？与哪些因素有关？
Ø 进行猜想和假设
Ø 设计实验和制定方案
1.要解决的问题：
（1）如何判断两个电荷间的作用力F发生变化？
（2）如何改变电荷的电荷量？
（3）如何改变两个电荷之间的距离？
2.实验装置：

3.实验方案：
（1）q不变时，探究F随r的变化趋势；
（2）r不变时，探究F随q的变化趋势。
Ø 进行实验：
Ø 得出结论：
（1）q不变时，r↑，则F↓；
（2）r不变时，q↓，则F↓。
Ø 交流和反思：
我们如果还需要知道F与q、r之间的定量关系，就不能止步于此，就需要继续深入研究。
教师和学生活动：
教师：请大家根据自己的生活经验猜想、假设一下
学生：可能与电荷的电荷量q、电荷之间的距离r有关。
教师：设计实验前我们先解决三个问题
学生：
（1）无法直接看到力的变化，需要进行转化；
（2）将不带电的B接触带电的A，使A带电减小。
（3）移动电荷可改变距离r。
教师 &学生：教师介绍实验装置，并初步让金属球带电，并接触锡箔球，使之带上同种电荷，学生通过观察到的小球弹起的现象解决（1）中将力的变化转化为小球弹开的角度的变化问题。
教师：要探究F随q、r两个物理量的变化趋势，需采用什么实验方法？
学生：控制变量法
学生：仔细观察现象，回答问题，并解释现象，最后进行总结。
设计意图：
在激发学生兴趣之后，趁热打铁，抛出本节课的研究主题。
实验研究是根据“新课标”对于学生物理学科核心素养要求中的“科学探究”来设计，主要包括问题、证据、解释、交流等要素。
（流程：发现问题→提出合理猜想和假设→设计实验和制定方案→获取和处理信息→基于证据得出结论→交流和反思）
（二）定量探究
Ø 提出问题：电荷之间的作用力F与电荷的电荷量q、电荷之间的距离r有什么定量关系？
Ø 假设和猜想：
（1） q不变时，F与r的关系：
（2） r不变时，F与q的关系：
F与q1、q2成正比，与r2成反比的这两种猜想，会让学生联想到万有引力定律中万有引力与m1、m2成正比，与r2成反比
Ø 设计实验和制定方案：
1.要解决的问题：
（1）如何改变并测量两个电荷间的作用力F？
（2）如何改变并测量电荷的电荷量？
（3）如何改变并测量两个电荷之间的距离？
2.遇到的困难：
（1）当两电荷间的作用力太小时，无法直接或精确测量。
（2）没有测量电荷量的仪器，无法测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有。
3.库仑扭秤实验装置：

解决困难一：A与C带上同种电荷后，A、C间的作用力使A远离C，扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，读出刻度盘上悬丝扭转的角度就可以比较力的大小。
解决困难二：拿与A完全相同的不带电的球D与A接触，使A和D的带电量都为原来A电荷量的一半（“一分为二”），反复操作，电量就能实现从q→q/2→q/4→q/8……的变化。
3.实验方案：
（1）保持A球带电量不变，改变AC间的距离，比较每次悬丝扭转的角度，探究F与r的定量关系；
（2）保持AC间距离不变，改变A球的带电量，比较每次悬丝扭转的角度，探究F与q的定量关系。
Ø 进行实验：
Ø 得出结论：
（1）q不变时：

（2）r不变时：

综合：
Ø 交流与反思
教师和学生活动：
教师：抛出问题，布置分组讨论的任务
学生：对问题提出假设和猜想
教师：这是类比的思想方法，事实上，电荷间的作用力与万有引力是否相似的问题在当年也引起了很多学者的注意。
教师：怎么测量电荷间作用力的大小呢？
学生：F=mgtanθ。通过测量角度，便可测量力
教师：理论上可行，实际也可操作，但当这个作用力太小时，无法直接或精确测量。
教师&学生：我们没有直接测量电荷量的仪器，在那个年代甚至连电荷量的单位都没有。
教师：最终解决这两个困难的是法国科学家库仑，设计了精妙的库仑扭秤装置。
教师：介绍实验装置
教师：库仑是如何解决第二个困难的？
引导学生分析讨论
学生总结
设计意图：
（1）从定性到定量，体现物理知识的层次和学生学习的进阶。
（2）让学生深刻体会“类比”的物理思想与方法在实验定律的建立过程中发挥的重要作用。
（3）将“直接测量”转化为“间接测量”
（4）变“测量具体数值”为“只需判断是否成比例变化”
（5）因实验对环境要求很高，在教室很难成功，故展示当时库仑实验的一些数据作为科学证据。
三、总结规律-库仑定律
教学环节和教学内容：
1.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。
这种电荷间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
2.表达式：

K—比例常数，称为“静电力常量”
大量实验测得： k=9.0×109 N.m2/c2
3.适用条件：（1）真空；（2）静止；（3）点电荷
4.点电荷—理想物理模型
在研究带电体间的相互作用时，当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可以忽略时，可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。
5.计算库仑力大小时取电荷量的绝对值
6.库仑力的方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。

教师和学生活动：
教师：库仑做了大量的实验，才得到了库仑定律
教师：什么是“点电荷”？
学生：一个带电的点
教师：实际生活中存在吗？
学生：不存在。
教师：所以是建立了理想化的物理模型。
教师：之前我们用过这种物理方法吗？
学生：质点模型。
教师：什么时候物体能被看做是质点？
学生：当物体的形状、大小对我们所研究的问题的影响可以忽略时，物体能看作一个有质量的点。
教师：请大家归纳出带电体什么时候能看作是点电荷。
设计意图：
“点电荷”与“质点”模型的类比思想，且同样是建立理想物理模型的方法，更提升学生的科学思维。
四、应用-静电力的计算
教学环节和教学内容：
例1：请计算两个电荷量均为1C的点电荷在距离1m时的静电力是多大？
解：根据库仑定律：

差不多相当于一百万吨物体所受的重力！可见，库仑C是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距1m的两个物体都带1C的电荷量。
通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪点之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。
例2：在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11m，试分别估算氢原子核与电子之间的静电力和万有引力的数量级，并进行比较。
可见微观粒子间万有引力远小于库仑力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可把万有引力忽略。
教师和学生活动：
学生：练习静电力的简单计算
教师：引导学生只估算静电力和万有引力的数量级，不计算出具体数值
设计意图：
（1）设计两个简单又有实际意义的应用更能帮助巩固刚学习的知识，且与实际生活建立起联系，从书本上的物理走下生活中的物理。
（2）不要求计算出具体的数值，只需要估算数量级，既可锻炼学生的估算能力，又节省课堂时间，提高学习效率，还可体现实际意义。
板书设计