《庫侖定律》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省包場高級(jí)中學(xué) 物理組 張衛(wèi)星一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)目標(biāo)：知道點(diǎn)電荷的概念；理解庫侖定律；會(huì)計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的靜電力，初步了解人類對(duì)電荷間相互作用的探究過程。2、能力目標(biāo)：通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、觀察、分析和總結(jié)能力；通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的制定與操作，加深對(duì)研究物理問題的一些常用方法：如控制變量法、放大法、測量變換法等實(shí)驗(yàn)方法的理解。3、情感目標(biāo)：通過對(duì)庫侖定律建立的回顧，以及相關(guān)物理史實(shí)的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的態(tài)度。二：教材分析：1、教材內(nèi)容分析：本節(jié)內(nèi)容的核心是庫侖定律，它是靜電學(xué)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，是學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度的基礎(chǔ)，本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容主線有兩條，第

2、一條是知識(shí)層面上的，掌握真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力即庫侖定律；第二條是方法層面上的，即如何研究多個(gè)變量之間關(guān)系的方法，以及如何測量一些不易測量的物理量，這些都是研究物理問題的基本方法。2、教學(xué)重點(diǎn)：一是學(xué)生會(huì)用庫侖定律計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的靜電力。二是讓學(xué)生初步掌握一些研究物理問題的基本方法。3、教學(xué)難點(diǎn)：靜電實(shí)驗(yàn)的操作和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有分析歸納。4、教材的處理：本節(jié)教學(xué)內(nèi)容可以分為兩部分，第一部分為庫侖定律的建立和庫侖定律的簡單應(yīng)用，側(cè)重點(diǎn)為體會(huì)研究物理問題的一般方法和物理規(guī)律的建立過程。第二部分為加深對(duì)庫侖定律的理解與應(yīng)用。對(duì)點(diǎn)電荷的理解，可以放在前面進(jìn)行分析討論，而不放在講完庫侖定

3、律之后再引入點(diǎn)電荷。本課的難點(diǎn)是定性實(shí)驗(yàn)是否成功。對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置稍作一點(diǎn)改進(jìn)：可以在鐵架臺(tái)上用夾子豎直安裝一個(gè)量角器，在量角器的中心鉆一個(gè)小孔，在小孔中安裝一個(gè)紅色的長指針，并將懸掛小球的細(xì)線穿過其小孔，細(xì)線前后擺過的角度顯示就比較明顯。三、學(xué)情分析：上一節(jié)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電荷及守恒定律，知道了使物體起電的幾種方法，并且在使物體起電的過程中，系統(tǒng)的電荷是守恒的。同時(shí)，學(xué)生在初中也明確知道電荷之間是有相互作用的，遵循“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。所以，教師提出“我們今天來研究電荷之間的相互作用力如何計(jì)算？”這一問題，對(duì)于這節(jié)課的引入是很容易的，也是學(xué)生迫切想知道的。但是，這節(jié)課中對(duì)于研究電荷

4、之間的相互作用力的分析與研究方法，對(duì)于學(xué)生來講是很重要的，在必修中我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律，也接觸過卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，只要引導(dǎo)學(xué)生去思考，學(xué)生也會(huì)聯(lián)想到庫侖扭秤的設(shè)計(jì)思想與原理。四、教學(xué)設(shè)計(jì)思路：教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的觀察及設(shè)計(jì)意圖知識(shí)回顧提問1、使物體起電的方法有哪些？其起電的本質(zhì)過程怎樣？有什么規(guī)律？提問2、有三個(gè)完全一樣的金屬球，A球的帶電量為q，B、C均不帶電。現(xiàn)要使B球帶的電荷量為 ，應(yīng)該怎么辦？提問3：力學(xué)中“質(zhì)點(diǎn)”的含意是什么？任何帶電體都有大小和形狀，所帶電量都不會(huì)是集中在一點(diǎn)上的，你認(rèn)為在什么情況下，我們可以認(rèn)為帶電物體的電荷量集中在一點(diǎn)？學(xué)生思考討論并

5、回答，教師對(duì)于學(xué)生表述不完整的地方進(jìn)行補(bǔ)充。加深對(duì)起電方法的理解。加深對(duì)物理問題中理想模型的建立與理解引入新課問題：初中講電荷之間存在“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”，那么電荷之間的相互作用力會(huì)遵循什么樣的規(guī)律？學(xué)生思考開門見山，將學(xué)生的注意力引到本課的內(nèi)容上。提出猜想提問：任何兩個(gè)物體之間存在相互作用的引力，它們的大小與什么因素有關(guān)？電荷之間的相互作用力是否也有類似的規(guī)律？學(xué)生思考：學(xué)生根據(jù)萬有引力定律會(huì)類比的聯(lián)想到電荷之間的相互作用力會(huì)不會(huì)與萬有引力有相似的形式。引發(fā)聯(lián)想實(shí)驗(yàn)定性探究演示實(shí)驗(yàn)：探究影響電荷間相互作用力的因素【教材1.21】?！疽曨l】電荷間的相互作用力與電荷電量大小及它

6、們之間距離的關(guān)系.啟發(fā)思考的步驟：1、如何求出點(diǎn)電荷之間的相互作用力？2、保持點(diǎn)電荷之間的距離不變，而改變兩點(diǎn)電荷的電量大小，分析點(diǎn)電荷之間的作用力大小變化。3、保持兩點(diǎn)電荷之間的電量大小不變，而改變兩點(diǎn)電荷之間的距離，分析點(diǎn)電荷之間的作用力大小變化。學(xué)生觀察、討論、分析。分析帶電小球受幾個(gè)力的作用，帶電小球之間的相互作用力是如何求出的，從作用力表達(dá)式F=mgtan中,分析根據(jù)偏轉(zhuǎn)角的大小確定力的大小?？刂谱兞?、將變量放大、將測理的物理量轉(zhuǎn)移測量。實(shí)驗(yàn)定性結(jié)論定性結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小。問：能不能就此說明兩電荷之間的靜電力與萬有引力相似的規(guī)律？學(xué)生會(huì)

7、提出問題，這只能說明兩電荷之間的作用力的定性關(guān)系，但還足以說明作用力的大小與電荷電量乘積成正比，與它們距離的平方成反比。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鰬B(tài)度實(shí)驗(yàn)定量研究【視頻】庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)1、  介紹庫侖扭秤裝置2、  介紹庫侖扭秤原理3、  思考如何制訂實(shí)驗(yàn)方案通過觀察與對(duì)原理的理解，制訂出實(shí)驗(yàn)的方案。主要是通過學(xué)生之間的相互討論，制訂出如何控制變量，得出相關(guān)的規(guī)律 學(xué)習(xí)科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式和科學(xué)的思維方法與實(shí)驗(yàn)技巧結(jié)論庫侖定律（Coulomb law）：真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在

8、它們的連線上。電荷間的這種相互作用力叫做靜電力（electrostatic force）或庫侖力.數(shù)學(xué)表達(dá)式：式中k為比例常數(shù)，叫做靜電力恒量。在國際單位制中，電荷量的單位用庫侖（符號(hào)表示C），力的單位用牛頓（N），距離的單位用米（m），上述公式中各物理量的單位均已確定，所以k值用實(shí)驗(yàn)方法測出，結(jié)果是：理解庫侖定律的表述，通過計(jì)算：假如兩個(gè)電荷相距為1m，它們所帶的電荷量均為1C，則它們之間的庫侖力將是多少，從而體驗(yàn)1C的電荷量是多么大。學(xué)生討論：庫侖定律與萬有引力定律盡管形式上相似，但是它們有什么區(qū)別？（一是性質(zhì)不同，二是在微觀粒子的相互作用中，庫侖力比萬有引力要強(qiáng)得多）理解庫侖定律的內(nèi)容，

9、明確電荷之間的相互作用力與萬有引力的性質(zhì)不同。理解k值的物理意義。知識(shí)鞏固1【例1】、已知?dú)浜耍ㄙ|(zhì)子）的質(zhì)量是1.67×10-27kg，電子的質(zhì)量是9.1×10-31kg，在氫原子內(nèi)它們之間的最短距離為5.3×10-11m，試比較氫原子中氫核與電子之間的庫侖力和萬有引力。解：氫核與電子所帶的電量都是1.6×10-19C。學(xué)生計(jì)算，并思考萬有引力與庫侖力的比值為什么這樣小，這可以說明什么問題？微觀粒子間的萬有引力遠(yuǎn)小于庫侖力，因此在研究微觀帶電粒子的相互作用時(shí)，可以把萬有引力忽略。知識(shí)鞏固2【例2】、真空中有三個(gè)點(diǎn)電荷，它們固定在邊長為50cm的等邊三角形

10、的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)電荷的電量都是2×10-6C，求它們各自受到的庫侖力。解：按題意作圖。每個(gè)點(diǎn)電荷都受到其它兩個(gè)點(diǎn)電荷的斥力，情況相同，只要求出一個(gè)點(diǎn)電荷的所受的力即可。q3受到F1和F2的作用，q1= q2= q3=q，相互作用的距離都是r，所以：根據(jù)平等四邊形定則，合力是合力的方向沿q1與q2連線的垂直平分線向外。學(xué)生討論如何計(jì)算。通過討論得出分析的方法。加深對(duì)力的獨(dú)立作用原理的理解，加深對(duì)力的合成的理解。延伸思考題：帶電小球A和B的帶電量分別為Q和4Q，它們相距為1.5m，如果引入另一個(gè)帶電小球C，恰好使三個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，問：1、  C球所帶的電量應(yīng)與A和B是

11、同號(hào)不是反號(hào)？（C帶負(fù)電）2、  C球應(yīng)放在何處？（在AB兩球的連線上，距A球1m，距B球0.5m）3、  C球所帶的電荷量為多少？(qc= )本題可以作為課后討論的練習(xí)，學(xué)生課后完成。學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生可能還會(huì)想到如果A、B兩球分別帶上正、負(fù)電荷，則C球應(yīng)帶什么電，放在什么位置上，從而找出一般性的規(guī)律。有利于進(jìn)一步提高分析能力，也給不同層次的學(xué)生留下思考的余地。課堂小結(jié)總結(jié)本堂課所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容及研究方法。知識(shí)方面：1、  點(diǎn)電荷是理想模型.2、  庫侖定律的應(yīng)用：（1）       適用條件：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷（2）       用公式計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力的大小，再根據(jù)同性相斥，異性相吸來確定方向（3）       注意統(tǒng)一單位3、力的獨(dú)立作用原理與力的合成?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法：1、  控制變量法。