9.2 库仑定律 课时教案（表格式）2025--2026年人教版高中物理必修第三册

9.2《 库仑定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理必修第三册第九章第二节，是静电学的基石之一。教材通过回顾电荷间相互作用的现象，引入库仑定律的定量表达，系统阐述了真空中两个点电荷之间作用力的大小与电荷量乘积成正比、与距离平方成反比的关系。内容结构清晰，逻辑严密，配有实验图示与公式推导，体现了从现象到规律的科学探究路径，为后续学习电场强度、电势等概念打下坚实基础。
学情分析
高一学生已具备初步的力学知识（如牛顿第三定律、力的合成与分解），并掌握了基本的代数运算和图像分析能力。在生活经验中，学生对“静电吸引”“摩擦起电”等现象有直观感受，但对电荷间作用力的定量规律缺乏认知。策略上，学生尚不熟悉“控制变量法”在电磁学中的应用，且对“点电荷”这一理想模型理解较抽象。身心发展上，高一学生好奇心强，适合通过实验与情境驱动激发探究兴趣，教学中需通过直观演示与类比迁移降低理解难度。
课时教学目标
物理观念
1. 理解库仑定律的内容，掌握其数学表达式F = k·(q q )/r ，能准确描述真空中两个点电荷之间静电力的大小与方向。
2. 认识点电荷的理想化模型，理解其适用条件，并能判断实际问题中能否将带电体视为点电荷。
科学思维
1. 经历库仑扭秤实验的思想过程，体会“控制变量法”在探究多因素物理规律中的核心作用。
2. 能运用库仑定律进行简单的定量计算，并能类比万有引力定律，分析其异同，发展类比推理能力。
科学探究
1. 通过模拟库仑实验的设计讨论，提升提出假设、设计实验方案的探究能力。
2. 能根据实验数据或情境问题，分析电荷量、距离对静电力的影响，形成基于证据的推理习惯。
科学态度与责任
1. 感受库仑在18世纪通过精巧实验揭示微观规律的科学精神，培养尊重实验、实事求是的科学态度。
2. 认识静电在生活中的应用（如静电除尘）与危害（如易燃易爆场所），增强安全用电的社会责任感。
教学重点、难点
重点
1. 掌握库仑定律的表达式及其物理意义，理解各物理量的含义。
2. 理解点电荷的概念及其理想化条件。
难点
1. 理解库仑扭秤实验的设计原理与“控制变量法”的应用逻辑。
2. 在实际问题中准确判断点电荷模型的适用性，并正确应用库仑定律进行矢量合成计算。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法
教具准备
多媒体课件、库仑扭秤实验动画视频、静电小球演示器、直尺、计算器
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，激发探究
【5分钟】 一、生活情境再现，引发认知冲突 （一）、演示静电现象，唤醒已有经验
教师手持塑料尺在头发上摩擦后，靠近碎纸屑，纸屑被吸引跳起。随后提问：“为什么尺子能‘吸’纸屑？这说明了什么？”待学生回答“摩擦起电”“带电体能吸引轻小物体”后，进一步追问：“如果两个带电的小球靠近，它们之间会有什么力？这个力的大小可能与哪些因素有关？”引导学生结合生活经验进行猜想。
（二）、提出驱动性问题，构建探究主线
教师展示两个悬挂的带电小球，演示它们相互排斥的现象。接着提出本节课的核心任务：“今天，我们要像18世纪的物理学家库仑一样，去揭开这个看不见的‘静电力’背后的定量规律——它到底有多大？又受什么控制？我们能否像牛顿发现万有引力那样，找到一个简洁的数学公式？”通过将学生代入“科学发现者”的角色，激发探究欲望，明确学习目标。
（三）、回顾历史背景，铺垫科学精神
简要讲述：“在库仑之前，人们只知道电荷间有吸引或排斥，但没人能精确测量这个力。直到1785年，法国工程师库仑利用自己发明的‘扭秤’，才首次精确测出了这个力的规律。今天，我们就沿着他的足迹，一起‘发现’库仑定律。” 1. 观察实验现象，回忆静电知识。
2. 猜想影响静电力的因素（电荷量、距离）。
3. 明确探究任务，进入“科学发现者”角色。
4. 感受科学探索的历史背景。
评价任务 现象描述：☆☆☆
因素猜想：☆☆☆
任务理解：☆☆☆
设计意图 从生活现象入手，激活学生前认知，制造“知其然不知其所以然”的认知冲突，自然引出探究主题。通过角色代入和历史故事，赋予知识以人文温度，激发内在学习动机，为后续探究奠定情感基础。
实验探秘，构建规律
【15分钟】 一、解析库仑扭秤，理解实验智慧 （一）、播放动画，直观呈现实验装置
播放精心制作的“库仑扭秤实验”三维动画。动画清晰展示：一根水平悬挂在细金属丝上的轻质横杆，一端固定带电小球A，另一端有平衡重物；另一带电小球B固定在可移动支架上。当A、B靠近时，因同种电荷排斥，横杆扭转，金属丝产生恢复力矩，最终平衡。通过标尺读取扭转角度，可间接反映静电力大小。
（二）、引导分析，提炼控制变量法
暂停动画，提出系列问题链引导学生深度思考：“实验中，库仑是如何‘测量’这个微小的静电力的？扭转角度与力的大小有什么关系？（提示：角度越大，扭转力矩越大，原电力越大）”“为了研究力F与距离r的关系，他需要控制哪个量不变？如何实现？”“同样，研究F与电荷量q的关系时，又需要控制什么不变？他又是如何‘改变’电荷量的？”（提示：库仑用相同金属球接触平分电荷的方法）通过层层设问，让学生领悟“控制变量法”是破解多因素问题的钥匙。
二、数据模拟，归纳数学规律 （一）、呈现模拟数据，开展小组探究
教师在PPT上分步呈现两组模拟实验数据。第一组：保持q 、q 不变，改变r，记录F与r的对应值。例如：r=1m，F=16N；r=2m，F=4N；r=4m，F=1N。引导学生计算F与r 的乘积，发现F·r ≈常数，得出F∝1/r 。第二组：保持r不变，改变q （通过接触法），记录F与q 的对应值。例如：q =q，F=2N；q =2q，F=4N；q =4q，F=8N。引导学生发现F∝q ，同理可得F∝q 。
（二）、整合结论，导出库仑定律
在学生得出F∝q q 和F∝1/r 的基础上，教师引导：“既然力与q q 成正比，与r 成反比，那么我们可以写成F∝(q q )/r 。引入比例系数k，就得到F = k·(q q )/r 。这就是著名的库仑定律。”板书公式，并强调k为静电力常量，k≈9.0×10 N·m /C 。 1. 观看动画，理解扭秤原理。
2. 回答问题，理解控制变量法。
3. 分析数据，小组讨论规律。
4. 参与公式推导，形成定律认知。
评价任务 动画理解：☆☆☆
方法掌握：☆☆☆
规律归纳：☆☆☆
设计意图 通过高质量动画弥补真实实验的不可操作性，使抽象实验具象化。以问题链驱动思维，让学生亲历“观察—猜想—控制变量—数据分析—归纳结论”的完整科学探究过程。模拟数据的设计紧扣规律本质，引导学生自主发现比例关系，实现从现象到规律的跨越，深刻理解定律的来龙去脉。
深化理解，突破难点
【12分钟】 一、聚焦点电荷，辨析理想模型 （一）、提出问题，引发概念思考
教师提问：“库仑定律说‘真空中两个点电荷’，什么是‘点电荷’？我们生活中能看到点电荷吗？”引导学生思考。待学生困惑时，教师类比：“这就像我们学质点——研究地球绕太阳公转时，地球的大小形状可以忽略，把它看作一个有质量的点。同样，当带电体的大小远小于它们之间的距离时，其形状和电荷分布对作用力的影响就可以忽略，这时我们就可以把它视为‘点电荷’。”
（二）、案例辨析，强化适用条件
出示三个情境让学生判断：①两个半径1cm的金属球，相距1m；②两个半径1cm的金属球，相距2cm；③一个带电小球与一个无限大带电平板。引导学生分析：“在①中，距离是半径的100倍，可视为点电荷；在②中，距离仅2倍半径，电荷分布不均匀，不能视为点电荷；③中平板不能视为点电荷。”通过对比，明确“远小于”是关键。
二、剖析公式，明确矢量特性 （一）、强调力的方向，复习牛顿第三定律
教师指出：“库仑力是相互作用力，大小相等、方向相反，作用在同一直线上。”在黑板上画出两个同种电荷和两个异种电荷的示意图，让学生判断力的方向（排斥或吸引）。强调F = k·(q q )/r 计算的是力的大小，方向由电荷的正负决定。
（二）、引入矢量合成，衔接力学知识
提出进阶问题：“如果有三个点电荷A、B、C，如何求A所受的合力？”引导学生回忆力学中力的合成方法：“先分别计算B对A的力F_BA和C对A的力F_CA，然后根据平行四边形定则或正交分解法求合力。”为后续学习电场叠加埋下伏笔。 1. 思考点电荷定义，参与类比。
2. 判断情境，辨析模型适用性。
3. 判断库仑力方向，区分吸引与排斥。
4. 回忆力的合成，理解矢量性。
评价任务 模型理解：☆☆☆
方向判断：☆☆☆
矢量认知：☆☆☆
设计意图 通过类比“质点”帮助学生理解“点电荷”这一理想模型的本质，避免将其误解为真实存在。精心设计的辨析题直击学生易错点，强化“远小于”这一适用条件。强调库仑力的矢量性和相互性，既巩固了力学知识，又为后续电场叠加打下基础，体现知识的连贯性。
应用迁移，巩固提升
【10分钟】 一、基础计算，掌握公式应用 （一）、例题示范，规范解题步骤
教师板书例题：“真空中有两个静止的点电荷，q = +2.0×10 C，q = -3.0×10 C，相距r = 0.3 m。求它们之间的静电力大小，并说明是引力还是斥力。”
教师边讲解边板书：
“第一步：写出库仑定律公式 F = k·|q q |/r （注意：计算大小取绝对值）；
第二步：代入数据：F = (9.0×10 ) × |(2.0×10 )×(-3.0×10 )| / (0.3) ；
第三步：计算：F = (9.0×10 ) × (6.0×10 ) / 0.09 = (5.4×10 ) / 0.09 = 0.6 N；
第四步：判断性质：因q 、q 异号，故为引力。”
强调单位统一、科学计数法运算和方向判断。
二、变式训练，促进深度思考 （一）、设置变式，引发认知深化
提出变式问题：“若将两电荷间的距离增大为原来的3倍，静电力变为原来的多少倍？”引导学生用比例法快速解答：因F∝1/r ，r变为3倍，F变为1/9。再问：“若将q 增大为2倍，同时r减小为1/2，则F变为原来的多少倍？”引导学生综合分析：F∝q /r ，q ×2，r ×(1/4)，故F变为2/(1/4)=8倍。通过变式训练，提升学生灵活运用公式的能力。
（二）、类比万有引力，拓展科学视野
引导学生将库仑定律F = k·(q q )/r 与万有引力定律F = G·(m m )/r 进行对比：“两者都遵循‘平方反比’规律，形式高度相似。但引力恒为引力，且G极小；而静电力可吸引可排斥，k极大。这说明自然界不同力之间可能存在深层统一性。”激发学生对物理学统一美的向往。 1. 听讲例题，记录解题步骤。
2. 计算变式问题，参与比例分析。
3. 进行公式类比，感受物理统一美。
4. 完成课堂练习，巩固知识应用。
评价任务 公式应用：☆☆☆
比例计算：☆☆☆
类比思维：☆☆☆
设计意图 通过典型例题示范，规范解题格式，强化计算技能。变式训练旨在打破机械套用，促进学生对公式中各量关系的深度理解。与万有引力的类比，不仅巩固了知识，更提升了学生的科学视野，体会物理学的和谐与统一，实现从“解题”到“悟道”的升华。
课堂总结，升华情感
【3分钟】 一、结构化回顾，构建知识网络 （一）、梳理主线，凝练核心要点
教师引导学生共同回顾：“今天我们像库仑一样，通过精妙的实验设计和严谨的数据分析，‘发现’了描述电荷间相互作用的库仑定律——F = k·(q q )/r 。我们理解了点电荷的理想模型，掌握了静电力的计算方法，也体会了控制变量这一科学思想的力量。”
二、激励性升华，寄托未来期望 （一）、引用名言，激励科学追求
教师深情总结：“物理学家费曼曾说：‘科学是一种方法，它教导人们如何避免欺骗自己，而自己是最容易被欺骗的人。’库仑用扭秤这把‘尺子’，测量了看不见的力，用数据揭示了自然的密码。希望同学们也能秉持这种求真务实的科学精神，在未来的学习中，不仅学会知识，更学会像科学家一样思考，去探索这个充满奇迹的宇宙。” 1. 回顾知识要点，形成知识结构。
2. 倾听教师总结，感悟科学精神。
3. 思考科学方法，树立学习信念。
4. 升华情感体验，明确努力方向。
评价任务 要点回顾：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
未来展望：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生梳理知识脉络，形成系统认知。引用费曼名言进行情感升华，将一节物理课提升至科学方法论与科学精神的层面，激励学生超越知识本身，追求真理，培养其作为未来公民的科学素养与责任意识。
作业设计
一、基础巩固
1. 真空中有两个点电荷，电荷量分别为+4.0×10 C和-2.0×10 C，相距0.2 m。求它们之间的库仑力大小，并说明是引力还是斥力。
2. 若两个点电荷间的距离保持不变，将它们的电荷量都增大为原来的3倍，则它们之间的库仑力变为原来的多少倍？
3. 判断下列情况能否将带电体视为点电荷：（1）研究两个相距10 m的带电小球间的力；（2）研究一个带电球体内部的电场分布。
二、能力提升
4. 两个相同的金属小球（可视为点电荷），带电量分别为+3q和-q，相距r时，它们之间的库仑力大小为F。现将两球接触后分开，仍放回原位置，求此时它们之间的库仑力大小。
5. 类比库仑定律与万有引力定律，完成下表：
比较项目库仑定律 万有引力定律力的性质作用对象 遵循规律F ∝ q q /r F ∝ m m /r 比例常数k = 9.0×10 N·m /C G = 6.67×10 N·m /kg 是否可屏蔽
【答案解析】
一、基础巩固
1. F = k·|q q |/r = 9.0×10 × |4.0×10 × (-2.0×10 )| / (0.2) = 9.0×10 × 8.0×10 / 0.04 = 1.8×10 N，因异号，为引力。
2. F ∝ q q ，q 和q 均变为3倍，q q 变为9倍，故F变为9倍。
3. （1）能，若距离远大于小球半径；（2）不能，研究内部时不能忽略大小和电荷分布。
二、能力提升
4. 接触后电荷平分：q' = (+3q - q)/2 = +q，故F' = k·(q·q)/r = k·q /r ；原F = k·|3q·(-q)|/r = 3k·q /r ，所以F' = F/3。
5. 表格答案：
比较项目库仑定律 万有引力定律力的性质可吸引可排斥恒为引力作用对象带电体 有质量的物体 遵循规律F ∝ q q /r F ∝ m m /r 比例常数k = 9.0×10 N·m /C G = 6.67×10 N·m /kg 是否可屏蔽可（如法拉第笼）不可
板书设计
9.2 库仑定律
——真空中两个静止点电荷之间的相互作用力
一、定律内容：
F = k·(q q )/r
↑ ↑ ↑ ↑
大小 常量 电荷量 距离平方
k = 9.0×10 N·m /C
二、方向：
同斥异吸 ←→ 牛顿第三定律
三、条件：
1. 真空中
2. 静止
3. 点电荷 → r >> 带电体尺寸
四、科学方法：
控制变量法 ← 实验探究 ← 扭秤
类比法 ← 万有引力
教学反思
成功之处
1. 以“科学发现者”为主线贯穿始终，通过情境导入、历史讲述、实验模拟，极大激发了学生的学习兴趣和探究欲望，课堂氛围活跃。
2. 利用高质量动画和模拟数据，有效突破了扭秤实验抽象难懂的瓶颈，让学生亲历了“控制变量—数据分析—归纳规律”的完整探究过程，科学思维得到有效培养。
3. 通过类比“质点”解释“点电荷”，并设计辨析题，帮助学生准确把握理想模型的适用条件，有效突破了教学难点。
不足之处
1. 在矢量合成环节，部分学生对多电荷系统的受力分析仍感困难，后续需增加专题训练。
2. 课堂时间紧张，部分学生在变式计算中未能充分思考，可考虑将部分练习移至作业或下节课讲评。
3. 对库仑定律与现代科技（如芯片静电防护）的联系拓展不足，可补充相关案例以增强现实关联。