1.2 库仑定律 课时教案（表格式）2025--2026年粤教版高中物理必修第三册

1.2《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 粤教版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
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第一章第二节，是静电学的奠基性规律之一。教材通过回顾电荷间的相互作用现象，引入库仑定律的实验基础，并借助类比万有引力定律的方式，帮助学生理解点电荷模型和库仑力的定量表达式。内容逻辑清晰，从定性观察到定量探究，体现了物理学“提出问题—实验验证—数学建模”的研究路径。本节为后续学习电场强度、电势能等概念打下坚实基础，在整个电磁学知识体系中具有承前启后的关键地位。
学情分析
高二学生已具备一定的力学基础知识，特别是对牛顿定律和万有引力定律较为熟悉，这为类比学习库仑定律提供了认知支架。同时，学生在初中阶段已了解电荷的基本性质及同种相斥、异种相吸的现象，具备初步的静电感性认识。但学生对微观带电体的作用机制仍存在模糊认知，且“点电荷”这一理想化模型的理解存在一定抽象性。此外，静电力与距离平方成反比的关系不易直观感知，需借助实验演示和数据分析加以突破。因此，教学中应注重情境创设、实验观察与数学推理相结合，引导学生实现从现象到本质的认知跃迁。
课时教学目标
物理观念
1. 理解库仑定律的内容及其适用条件，掌握真空中两个点电荷之间静电力大小的计算公式F = kQ Q /r ，并能正确应用该公式进行定量计算。
2. 认识点电荷的理想化模型，理解其在实际问题中的近似意义，建立电荷间相互作用的定量物理图景。
科学思维
1. 通过分析库仑扭秤实验的设计原理，体会控制变量法、放大微小量等科学方法在物理规律发现中的重要作用，提升逻辑推理与模型建构能力。
2. 能将库仑定律与万有引力定律进行类比分析，归纳两者在形式上的相似性与本质上的差异性，发展比较、归纳与批判性思维能力。
科学探究
1. 观察并描述库仑扭秤实验的关键步骤与现象，尝试解释其实验设计的巧妙之处，培养基于证据进行推理的能力。
2. 在教师引导下参与模拟实验数据分析过程，体验从实验数据中归纳物理规律的基本流程，增强实证意识。
科学态度与责任
1. 感受库仑在缺乏现代测量工具条件下探索自然规律的严谨态度与创新精神，激发尊重科学、追求真理的情感共鸣。
2. 认识静电现象在生活中的广泛存在及其潜在影响（如静电除尘、静电危害），树立将物理知识应用于社会生活的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 掌握库仑定律的表达式F = kQ Q /r ，明确各物理量的含义及单位。
2. 理解点电荷的概念及其适用条件，能够判断何时可将带电体视为点电荷。
难点
1. 理解库仑扭秤实验如何精确测量微小静电力，尤其是扭转角度与力矩之间的关系。
2. 区分库仑力与万有引力在数量级、作用范围及屏蔽特性等方面的本质差异，避免概念混淆。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、讲授法、合作探究法、类比分析法
教具准备
多媒体课件、库仑扭秤实验视频、静电小球演示装置、激光笔、直尺、计算器
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、重现历史场景，引发认知冲突。 （一）、播放动画短片：18世纪欧洲实验室夜景。
画面呈现烛光摇曳下的法国科学家查尔斯·奥古斯丁·库仑，他正专注地调试一台精密仪器——一根细长的金属丝悬挂着一根横杆，两端各固定一个小金属球。此时，另一个带电小球缓缓靠近其中一个悬球，横杆发生极其微小的偏转。旁白响起：“1785年，没有电子秤，没有高速摄像机，如何测量两个带电小球之间看不见的力？”
提问引导：“同学们，如果我们想研究两个带电物体之间的吸引力或排斥力有多大，会遇到哪些困难？比如，这个力可能非常微弱，我们肉眼几乎看不到变化，该怎么测？”
等待学生思考后补充：“正是在这种困境下，库仑发明了‘扭秤’，用极其巧妙的方法把微小的静电力转化为可以测量的角度变化。今天，我们就一起走进这段科学史，揭开库仑定律的神秘面纱。”
（二）、演示简易静电排斥现象。
取两个轻质泡沫小球，用丝线悬挂于铁架台上，间距约20厘米。先用毛皮摩擦橡胶棒使其带电，再分别接触两个小球，使其带上同种电荷。观察到两球因相互排斥而分开一定角度。用直尺粗略测量分离距离，并用手持风扇轻轻吹动空气，观察小球摆动情况。
追问：“刚才我们看到两个带电小球彼此推开，说明它们之间存在斥力。那么，这个力的大小可能与哪些因素有关呢？请大家结合刚才的实验现象和已有知识进行猜想。”
预设学生回答方向：可能与电荷量多少有关；可能与两球之间的距离有关；可能与介质有关……
总结过渡：“大家的猜想很有价值！事实上，库仑当年也正是从这些方面入手的。接下来，让我们看看他是如何通过实验一一验证这些猜想的。” 1. 观看动画，感受科学探索的历史情境。
2. 思考测量微小力的技术难题。
3. 观察静电排斥实验现象。
4. 提出关于静电力影响因素的合理猜想。
评价任务 猜想合理：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
参与积极：☆☆☆
设计意图 通过历史情境再现与真实实验演示双线并进，激发学生好奇心与探究欲。以“如何测量微小力”为核心问题驱动，促使学生主动思考实验设计的挑战，为理解扭秤原理做好铺垫。同时，鼓励学生基于现象提出假设，体现科学探究始于问题的本质。
新知构建
【18分钟】 一、解析扭秤实验，揭示平方反比律。 （一）、播放高清慢动作视频：库仑扭秤实验全过程。
视频展示扭秤结构：玻璃罩内，银丝悬挂水平轻杆，两端各有一带电小球A和B；外部可移动带电球C靠近B。当C逐渐接近B时，由于同种电荷相斥，B被推开，导致横杆转动，银丝发生扭转。镜头特写扭转角度的刻度盘读数。随后，改变C与B的距离d，记录每次对应的扭转角θ。重复多次实验，获得一组(d, θ)数据。
讲解同步推进：“注意看，这里的扭转角θ实际上反映了静电力的大小——因为银丝的扭转恢复力矩与θ成正比，而平衡时静电力矩也等于此值，所以θ∝F。也就是说，扭转角越大，表示静电力越强。”
展示教材中典型实验数据表：
距离 r (cm) 3618129扭转角 θ (°) 4163664
引导学生计算r 与θ的关系：“请同学们计算每组数据的r 值，并观察θ与r 之间是否存在某种规律？”
待学生发现θ ∝ 1/r 后进一步指出：“由于θ∝F，因此得出F ∝ 1/r 。这就是著名的‘平方反比律’，它与牛顿万有引力定律的形式惊人地一致！”
（二）、探究电荷量对力的影响。
继续播放视频片段：库仑采用“平分电荷法”解决电荷量无法直接测量的问题。他让一个带电金属球与另一个完全相同的不带电金属球接触，从而使原电荷平均分配。例如，初始电荷为q，接触后每个球带电q/2；再次接触可得q/4，以此类推。
展示第二组实验数据：
电荷组合 (Q , Q )(q, q) (q, q/2)(q/2,q/2) (q,q/4)扭转角 θ (°)361899
提问：“请分析这组数据，当保持距离不变时，静电力F（即θ）与两个电荷量的乘积Q Q 有什么关系？”
引导学生计算各组Q Q 相对值：(q , q /2, q /4, q /4)，对比θ值发现F ∝ Q Q 。
小结：“综合以上两部分实验结果，库仑最终得出了静电力的完整表达式。” 二、提炼定律内容，建立数学模型。 （一）、正式提出库仑定律。
在黑板中央书写：
F = kQ Q /r
逐项解释：
F 表示两个点电荷之间的静电力，单位为牛顿(N)；
Q 和 Q 分别表示两个点电荷的电荷量，单位为库仑(C)；
r 是两点电荷之间的距离，单位为米(m)；
k 是静电力常量，其数值为 8.99 × 10 N·m /C ，通常取 9.0 × 10 N·m /C 进行估算。
强调：“这个公式只适用于真空中两个静止的点电荷之间的相互作用。”
（二）、深入剖析“点电荷”概念。
提问：“什么是点电荷？是不是体积很小的带电体就是点电荷？”
举例说明：地球半径约6400km，但在研究地球绕太阳公转时，因其尺寸远小于日地距离（约1.5亿公里），可将其视为质点。同理，若两个带电小球的直径仅为1cm，而它们之间的距离为1m，则也可将它们近似看作点电荷。
给出定义：所谓点电荷，是指当带电体本身的线度远小于它们之间的距离时，可以忽略其形状和大小，将其视为集中于一点的电荷。这是一种理想化的物理模型，如同质点一样，在实际问题中具有重要应用价值。
反例辨析：如果两个带电体靠得很近，甚至发生形变或电荷重新分布，则不能视为点电荷，此时库仑定律不再准确适用。 1. 观看视频，理解扭秤工作原理。
2. 分析实验数据，归纳F与r、Q的关系。
3. 理解库仑定律表达式的各项含义。
4. 掌握点电荷模型的适用条件与判断方法。
评价任务 数据分析：☆☆☆
公式理解：☆☆☆
模型辨析：☆☆☆
设计意图 通过高清视频还原经典实验细节，使学生直观感受科学探究的精密与智慧。利用真实实验数据引导学生动手计算、归纳规律，经历“从实验到理论”的完整建构过程。通过类比“质点”模型，帮助学生理解“点电荷”的抽象性与实用性，强化物理建模思想。整个环节层层递进，兼顾知识传授与思维训练。
深化理解
【12分钟】 一、开展类比分析，辨析本质差异。 （一）、组织小组讨论：库仑力 vs 万有引力。
投影对比表格：
比较项目库仑力万有引力力的性质吸引或排斥只有吸引 决定因素电荷量Q 、Q 质量m 、m 依赖关系F ∝ Q Q /r F ∝ m m /r 常量 k ≈ 9×10 N·m /C G ≈ 6.67×10 N·m /kg 屏蔽性可被导体屏蔽 不可屏蔽
分组任务：“请各小组任选三个比较项展开讨论，并举例说明其在现实生活中的体现。例如，为什么我们可以用金属笼保护精密仪器免受外界电场干扰，却无法隔绝地球的引力？”
巡视指导，鼓励学生联系手机信号屏蔽袋、避雷针、太空失重等实例。
（二）、计算实例对比，感受数量级差异。
出示题目：假设有两个质量均为1kg、相距1m的铁球，每个铁球所带净电荷为1C（现实中极难实现）。分别计算它们之间的万有引力和静电力。
引导全班共同计算：
F引 = G m m / r = (6.67×10 )(1)(1)/(1) ≈ 6.67×10 N
F电 = k Q Q / r = (9×10 )(1)(1)/(1) = 9×10 N
比较结果：F电 / F引 ≈ 1.35×10 ，即静电力是万有引力的约10 倍！
惊叹语：“哪怕只携带极少量净电荷，静电力也会远远超过引力。这也解释了为何日常生活中摩擦起电就能轻易克服重力吸附纸屑。”
二、辨析易错情境，纠正思维误区。 （一）、设置判断题，组织抢答。
1. “只要两个带电体体积很小，就可以当作点电荷处理。”（错误）
2. “库仑定律适用于任何介质中的电荷相互作用。”（错误，真空中最准确，介质中需修正）
3. “两个电荷间的库仑力总是大小相等、方向相反，符合牛顿第三定律。”（正确）
4. “若将两电荷间距离增加为原来的2倍，则库仑力变为原来的1/2。”（错误，应为1/4）
每题回答后要求学生说明理由，教师及时点评纠偏。
（二）、拓展思考：非直线排列电荷系统的合力计算。
提出问题：“如果有三个点电荷A、B、C不在同一直线上，如何求其中一个电荷所受的总静电力？”
提示：“静电力是矢量，遵循平行四边形定则。我们可以先分别计算其他两个电荷对它的作用力，再进行矢量合成。”
简要演示三角形构型下的力的分解与合成思路，为下一节课《电场强度叠加》埋下伏笔。 1. 参与小组讨论，完成对比表格。
2. 进行数值计算，体会力的数量级差异。
3. 抢答判断题，辨析常见误区。
4. 初步感知静电力的矢量合成方法。
评价任务 类比准确：☆☆☆
计算正确：☆☆☆
辨析清晰：☆☆☆
设计意图 通过系统类比，帮助学生在已有知识基础上构建新的认知网络，深化对库仑力独特属性的理解。通过震撼的数量级对比，打破“引力主导一切”的直觉误区，建立正确的物理直觉。设置典型判断题旨在暴露并纠正常见错误观念，提升思维严谨性。最后引入矢量合成思想，既巩固当前知识，又自然衔接后续内容，体现知识的整体性与连贯性。
课堂小结
【6分钟】 一、结构化回顾核心知识点。 （一）、师生共同梳理知识脉络。
教师引导：“今天我们沿着库仑的足迹，完成了对静电力的定量探索。首先，我们通过扭秤实验发现了什么规律？”
学生回应：“力与距离平方成反比，与电荷量乘积成正比。”
继续追问：“据此建立了哪个重要定律？其适用条件是什么？”
学生回答：“库仑定律，适用于真空中的静止点电荷。”
追问：“什么叫点电荷？它和质点有何相似之处？”
总结归纳：“点电荷是一种理想模型，当带电体尺寸远小于间距时方可使用，正如质点之于力学。”
二、升华情感，致敬科学精神。 （一）、讲述库仑的科研品格。
“在那个没有精密电子仪器的时代，库仑凭借一双巧手和一颗缜密的心，用一根细银丝、一面镜子、一束光线，就把看不见摸不着的静电力测量得如此精确。他的实验设计之精妙，令人叹为观止。正如爱因斯坦所说：‘想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界，推动进步，是知识进化的源泉。’”
寄语学生：“希望你们也能像库仑一样，面对未知不退缩，勇于提出猜想，善于设计方法，用严谨的态度去探寻自然的奥秘。每一个伟大的发现，都始于一个敢于发问的大脑。” 1. 回顾库仑定律的内容与条件。
2. 理解点电荷模型的意义。
3. 感悟科学家的探索精神。
4. 树立尊重实验、追求真理的价值观。
评价任务 知识完整：☆☆☆
表达流畅：☆☆☆
情感投入：☆☆☆
设计意图 采用互动问答方式引导学生自主总结，强化记忆链条。通过引用爱因斯坦名言与讲述科学家故事，将知识学习上升至科学精神培育的高度，实现“三维目标”的有机融合。结尾寄语激励学生传承科学火种，体现物理教育的人文关怀与长远价值。
当堂检测
【4分钟】 一、完成基础达标练习。 （一）、发放纸质检测卡，限时完成。
题目如下：
1. 真空中有两个静止的点电荷，它们之间的距离为r，静电力为F。若将它们的距离增大到2r，则静电力变为______。
2. 判断下列说法是否正确（正确打√，错误打×）：
　(1) 库仑定律适用于所有带电体之间的相互作用。（　）
　(2) 点电荷是指体积很小的带电体。（　）
　(3) 静电力常量k的单位是N·m /C 。（　）
收齐检测卡，随机抽取几份进行现场批阅与讲解，及时反馈学习效果。 1. 独立完成检测题。
2. 自查答案，反思错误原因。
评价任务 公式应用：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
单位识别：☆☆☆
设计意图 通过简洁高效的当堂检测，快速评估学生对核心概念的掌握程度，实现“教-学-评”一体化。选择题与填空题结合，覆盖重点与易错点，便于教师即时诊断教学成效，调整后续教学策略。
作业设计
一、基础巩固题
1. 真空中有两个点电荷A和B，相距0.3m，电荷量分别为+2×10 C和-4×10 C。求：
　(1) 它们之间的静电力大小是多少？
　(2) 该力是引力还是斥力？
　(3) 若将它们的距离加倍，静电力变为原来的几分之一？
2. 下列哪种情况下，可以将带电体视为点电荷？（多选）
　A. 半径为1cm的金属球，与其他带电体相距10cm
　B. 半径为1cm的金属球，与其他带电体相距2cm
　C. 研究原子核对外层电子的作用时，将原子核视为点电荷
　D. 研究带电平行板电容器内部电场时，将极板上的电荷视为无数个点电荷
二、拓展探究题
查阅资料回答：
1. 实际生活中，空气并非绝对真空。当两个带电体处于空气中时，库仑力是否会受到影响？为什么？
2. 举例说明静电现象在工业生产或日常生活中的两种应用，并简述其工作原理。
3. 思考：如果宇宙中存在“负质量”，那么万有引力是否会像库仑力一样出现排斥？谈谈你的想法。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 解：
　(1) F = k|Q Q |/r = (9×10 ) × |2×10 × (-4×10 )| / (0.3) = (9×10 ) × (8×10 ) / 0.09 = 7.2×10 / 0.09 = 0.8 N
　(2) 因为电荷异号，故为引力。
　(3) 距离加倍，r→2r，则F' = kQ Q /(2r) = F/4，即变为原来的1/4。
2. 正确选项：A、C、D
　解析：B项中距离仅2cm，与球半径相当，不可忽略大小；A项距离远大于尺寸，可视为点电荷；C、D为典型模型化处理。
二、拓展探究题
1. 会减小。因为空气中含有微量离子和水分子，会部分中和电荷或形成局部导电通道，导致有效电荷减少，从而使库仑力减弱。
2. 示例：
　① 静电复印：利用光电导材料在光照下导电性的变化，配合静电吸附墨粉实现图像复制。
　② 静电除尘：使烟气通过高压电场，粉尘带电后被集尘极吸引而除去。
3. 开放性问题。提示：若负质量存在且满足F = -Gm m /r ，则当m 与m 异号时会出现排斥。但这违背现有物理理论，目前尚无实验证据支持负质量的存在。
板书设计
§1.2 库仑定律
【左侧】实验探究 → 定律建立
扭秤实验：
　F ∝ 1/r （θ ∝ F）
　F ∝ Q Q （平分电荷法）
↓
F = k Q Q / r
k = 9.0×10 N·m /C
【中部】核心要点
■ 条件：真空 + 静止 + 点电荷
■ 点电荷：理想模型，r 尺寸
■ 矢量性：共线，满足牛顿第三定律
【右侧】对比延伸
万有引力 F = G m m / r
区别：吸引/排斥、屏蔽性、数量级
实例：F电 F引（同尺度）
教学反思
成功之处
1. 以历史情境与真实实验双线导入，有效激发了学生的学习兴趣与探究欲望，课堂氛围活跃。
2. 充分利用视频资源还原扭秤实验细节，并引导学生分析原始数据，较好地实现了“科学探究”素养的落地。
3. 通过与万有引力的系统类比，帮助学生建立起结构性知识网络，加深了对库仑力本质的理解。
不足之处
1. 当堂检测时间略显紧张，部分学生未能充分思考，建议下次提前预留更充足的时间或采用在线答题工具实时统计。
2. 对“平分电荷法”的物理操作过程讲解不够深入，部分学生对其可行性存疑，今后可补充实物演示或动画模拟。
3. 拓展题中关于“负质量”的设想虽具启发性，但对部分基础薄弱学生而言难度偏高，应分层设计作业以满足不同需求。