《庫侖定理》教學設計整體設計教學剖析本節課的核心內容是庫侖定理，它即是靜電學的第一個實驗定理，也是學習靜電學的基礎。本節教學內容的主線有兩條，第一條為把握真空中靜止點電荷之間互相作用的規律即庫侖定理；第二條為怎樣研究多個變量之間關系的方式，間接檢測一些不易檢測化學量的方式，及研究化學問題的其他基本技巧。教學目標1、定性了解電荷間的互相斥力規律，把握庫侖定理的內容及其應用。2、通過觀察演示實驗，概括出電荷間的作用規律。培養中學生觀察、分析、概括能力。3、體會研究化學問題的一些常用的方式如：控制變量法、理想模型法、測量變換法、類比法等。4、滲透數學技巧的教育，運用理想化模型的研究方式，突出主要誘因、忽略次要誘因，具象出數學模型——點電荷，研究真空中靜止點電荷互相斥力問題。5、體會科學研究的艱難，培養中學生熱愛科學的、探究化學的興趣。6、通過靜電力與萬有引力的對比，感受自然規律的多樣性與統一性。教學重點及難點1、電荷間互相斥力與距離，電量的關系。2、庫侖定理的內容、適用條件及應用。教學方式與手段1、探究、講授、討論、實驗歸納2、演示實驗、多媒體講義教學媒體：1、J2367庫侖扭秤（投影式）、感應起馬達、通草球、絕緣細繩、鐵架臺、金屬導警棍、庫侖扭秤掛圖等。
2、多媒體講義、實物投影儀、視頻片段。知識打算自然界存在著兩種電荷，同種電荷相抵觸，異種電荷相吸引。教學過程[風波1]教學任務：創設情景引入新課師生活動：《三國志·吳書》中寫道“琥珀不取腐芥”，意思是霉爛悶熱的草不被琥珀吸引。并且，因為當時社會還沒有對電力的需求，加上當時也沒有檢測電力的精密儀器，因而，人們對電的認識仍然逗留在定性的水平上。直至18世紀中葉人們才開始對電進行定量的研究。現今就讓我們踏過科學家的足跡去研究電荷之間互相斥力。演示實驗：首先轉動感應起馬達起電，之后借助帶電的物體吸引輕小物體的性質使沙參球與感應起馬達的一端相接觸，沙參球帶同種電荷后彈開，最后改變兩者之間的距離觀察有哪些現象形成？（注意：觀察細線的偏角）推測：電荷間互相斥力的大小與什么誘因有關？可能誘因：距離、電荷量及其他誘因。[風波2]教學任務：設計方案定性探究師生活動：Ⅰ：定性探究一：探究F與r之間的定性關系（中學生討論設計實驗方案）為了探究F與r之間的定性關系，對其他誘因(如:電荷量、帶電體的形狀)我們應當怎樣處理?只改變r的大小，保持其他條件不變。（目的讓中學生追憶起控制變量法）[實驗設計方案]實驗器材：如圖所示。
其中A、B是兩個半徑為1.5cm泡沫小球，小球的內層均勻涂有墨水，使之可以通過接觸帶電，A球用長為60cm左右的絕緣絲線懸掛于鐵架臺上。實驗操作：使A、B兩球帶上同種電荷，發覺B球離A球越近，A球偏離豎直方向就越大（實驗中最好保持兩球在同一水平面上）。現象說明：你們是怎么判別小球A所受的庫侖力F大小的變化的呢？（通過偏離豎直方向的角度θ的大小，角度θ越大A所受的庫侖力就越大。）偏轉角θ與小球A所受的庫侖力F的大小關系怎么？（）非常提醒：因為在這兒我們無法直接檢測出力F的大小，而是通過偏轉角θ的變化來判定F的變化這些技巧就是檢測變換法（間接檢測法）。實驗推論：電量不變時，改變帶電體寬度離r，兩電荷間的斥力F隨距離r的減少而減小。Ⅱ：定性探究二：F與q之間的定性關系（中學生討論設計實驗方案）只改變q的大小，保持其他條件不變。[實驗設計方案]實驗器材：將兩個半徑為1.5cm，內層均勻涂有墨水的泡沫小球，用長為60cm左右的細導線連上去，之后用絕緣絲線懸掛與鐵架臺上。再將導線接到手搖感應起馬達的一個小球上。實驗操作：搖晃搖桿，使A、B兩球帶上等量的同種電荷，發覺手搖的越快，兩球間的距離越大，即偏角越大。
非常提醒：因為要保持距離不變，通過改變電荷量的大小比較困難，而后面早已得出了F與r的定性關系，這兒中學生通常就能看出q越大，F就越大。現象說明：1．轉的越快說明哪些?（轉得越快，說明兩小球的帶電荷量越多。）2．兩球距離（偏角）越大說明哪些?（兩球距離（偏角）越大說明兩球間的互相斥力越大。）實驗推論：若距離不變，改變電荷量，兩電荷間的斥力F隨電荷量q的減少而減少。[風波3]教學任務：簡略介紹化學學史，初步體會平方正比規律的得出師生活動：電荷間的斥力與它們帶的電荷量以及距離有關，這么電荷之間互相斥力的大小會不會與萬有引力的大小具有相像的方式呢？簡略介紹化學學史：類比法的成功1.普利斯特利(1733-1804):美國人，二氧化碳的發覺者，物理家。2.富蘭克林的空罐實驗用棉線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木遭到吸引。但把它懸掛在罐內時，不論在罐內何處，它都不受電力。當富蘭克林寄信將這一現象告之普利斯特利后，普氏想到：1687年牛頓曾證明:萬有引力若服從平方正比定理，則均勻的物質球殼對殼內物體應無作用。普利斯特利將空罐實驗與牛頓推理類比，聯想到電力也表現了這些特點，所以也應遵照平方正比定理。
[風波4]教學任務：庫侖定理的內容師生活動：1．定理內容：真空中兩個靜止點電荷之間的互相斥力，與它們電量的乘積成反比，與它們的距離的二次方成正比，斥力的方向在它們的連線上。2．公式：，其中k為靜電力常量,k=9.0×10-9N·m2/C2.3．適用范圍：真空中靜止的點電荷．非常說明：（1）關于“點電荷”，應讓中學生理解這是相對而言的，只要帶電體本身的大小跟它們之間的距離相比可以忽視，帶電體就可以看做點電荷。嚴格地說點電荷是一個理想模型，實際上是不存在的。這兒可以引導中學生回顧熱學中的質點的概念。容易出現的錯誤是：只要容積小能夠當點電荷，這一點在教學中應結合實例給以糾正。（2）要指出說明課本中敘述的庫侖定理只適用于真空，也可近似地用于二氧化碳介質，對其他介質對電荷間庫侖力的影響不便向中學生多作解釋，只能簡單地強調：為了排除其他介質的影響，將實驗和定理約束在真空的條件下。（3）擴充：任何一個帶電體都可以看成由許多點電荷組成的。任意兩點電荷之間的斥力都遵循庫侖定理。用矢量求和法求合力。借助微積分估算得：帶電小球可等效看成電量都集中在球心上的點電荷。靜電力同樣具有力的共性，遵循牛頓第三定理，遵循力的平行四邊形定則。
[風波5]教學任務：介紹庫侖扭稱實驗師生活動：借助圖片加文字說明的方式詮釋人類對靜電力的探究過程。片斷一：1767年，西班牙數學學家普利斯特通過實驗發覺靜電力與萬有引力的情況十分相像，為他首先提出了靜電力平方成正比定理猜想。片斷二：1772年，法國化學學家卡文笛許遵守普利斯特利的思想以實驗驗證了電力平方正比定理。片斷三：1785年美國化學學家庫侖設計制做了一臺精確的扭秤,用扭秤實驗證明了同號電荷的作用力遵照平方正比律,用振蕩法證明異號電荷的吸引力也遵照平方正比定理。庫侖扭秤實驗的驗證過程（投影加解說）（1）結構簡介（借助投影顯示）。（2）怎樣解決力的確切檢測？①操作方式，扭力平衡：靜電力扭力＝金屬細絲扭轉轉矩，②思想方式：放大、轉化（3）F與r2關系的驗證。①設計思想：控制變量法——控制Q不變②結果：庫侖精確地用他的扭稱實驗檢測了兩個帶電小球在不同距離下的靜電力，否認了自己的猜想。基本上驗證了F與r之間的平方正比關系。（4）怎樣解決電量檢測問題，驗證F與Q的關系？①庫侖將兩個完全相同的金屬小球，一個帶電、一個不帶電，二者互相接觸后電量被兩球等分，各自帶有原有總電量的一半。這樣庫侖就巧妙地解決了這個問題庫侖定律視頻，用這個方式依次得到了原先電量的等的電荷，因而順利的驗證得出②思想方式：守恒、對稱。
[風波6]教學任務：庫侖定理的應用例題：試比較電子和質子間的靜電引力和萬有引力。已知電子的質量m1=9．10×10-31kg，質子的質量m2=1．67×10-27kg。電子和質子的電荷量都是1．60×10-19C。剖析：這個問題不用分別估算電子和質子間的靜電引力和萬有引力，而是列公式，通分以后，再求解。解：電子和質子間的靜電引力和萬有引力分別是：?，，可以看出：萬有引力公式和庫侖定理公式在表面上很相像，敘述的都是力，這是相同之處；它們的實質區別是：首先萬有引力公式估算出的力只能是互相吸引的力，絕沒有相抵觸的力。其次，由估算結果看出，電子和質子間的萬有引力比它們之間的靜電引力小的好多，因而在研究微觀帶電粒子間的互相作用時，主要考慮靜電力，萬有引力其實存在，但相比之下十分小，所以可忽視不計。[風波7]教學任務：鞏固練習參考題1．真空中有兩個相同的帶電金屬小球A和B，相距為r，帶電量分別為q和2q，它們之間互相斥力的大小為F。有一個不帶電的金屬球C，大小跟A、B相同，當C跟A、B小球各接觸一次后拿開，再將A、B寬度離變為2r，這么A、B間的斥力的大小可為（）A．3F/64B．0C．3F/82D．3F/162．如圖所示，A、B、C三點在一條直線上，各點都有一個點電荷，它們所帶電量相等。
A、B兩處為正電荷，C處為負電荷，且BC=2AB。這么A、B、C三個點電荷所受庫侖力的大小之比為．3．真空中有兩個點電荷，分別帶電q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它們相距15cm，現引入第三個點電荷，它應帶電量為，置于位置能夠使三個點電荷都處于靜止狀態．4．把一電荷Q分為電量為q和(Q－q)的兩部份，使它們相距一定距離庫侖定律視頻，倘若使它們有最大的作用力，則q和Q的關系是．答案：1.A2.32：45：53.－2×10-2C，q1q2連線上與q2關于q1對稱4.q＝Q/2非常說明：1．點電荷是一種理想化的數學模型，這一點應當使中學生有明晰的認識。2．通過本書的例題，應當使中學生明晰地曉得，在研究微觀帶電粒子的互相作用時為何可以忽視萬有引力不計。3．在用庫侖定理進行估算時，要用電荷量的絕對值代入公式進行估算，之后按照是同種電荷，還是異種電荷來判定電荷間的互相作用是引力還是作用力。4．庫侖扭秤的實驗原理是選學內容，但考慮到庫侖定理是基本數學定理，庫侖扭秤的實驗對檢驗庫侖定理具有重要意義，所以希望班主任介紹給中學生，可借助模型或掛圖來介紹。
板書設計備課資料庫侖定理的定量研究1、實驗儀器：J2367庫侖扭秤（投影式）、感應起馬達2、實驗采取的研究方式?控制變量法.3、如何設計實驗？（1）電量一定時，F與r的關系.（2）r一定時，F與Q1·Q2.4、實驗原理及步驟：本裝置采用投影儀進行放大觀測，定量演示庫侖定理。依據高斯定理，均勻帶電球面在面外各點的電場分布與點電荷的電場分布相同，因而，實驗中采用球狀帶電體做為點電荷的近似模型。投影式庫侖扭秤保留了傳統式庫侖扭秤的數學思想，在結構設計、觀測方式，加工工藝等方面有較大改進,使演示的可見度大。一、裝置結構及技術參數：如圖所示，儀器主要由扭擺球，聯通球，透明方箱三部份組成。1配重；2調零片；3游絲；4擺架；5擺軸；6軸承，7擺桿（一半為絕緣材料，另一半為鋁板）；8表針；9透明方箱；10底腳；11止動旋鈕；12微調零旋鈕；13測力標尺；14測距標尺；15聯通旋鈕；16A球基座；17拉板；18A、B：帶電球二、操作方式：1、實驗打算（1）投影變焦把儀器置于投影器上，調節焦距，使測力標尺13和測距標尺14的刻度線都能在熒幕上清晰可見。（2）零點微調?將止動旋扭11旋出，使旋扭后端與表針8相離約5mm，當發覺表針與測力標尺的0刻度不重合時，須要零點微調，把微調零旋扭12抬起，輕輕聯通標尺，使表針確切指零以后，再輕輕旋緊旋扭。
（3）干燥處理?該儀器的使用條件為相對溫度≤80%。在溫度較大時，須要對儀器進行干燥處理，將拉板17拉開，用熱風機向箱內吹熱風使箱內干燥（如發覺箱內的干燥劑腫脹時，需事先將干燥劑烘干，使它弄成紅色），然后關上拉板，再用熱風機對有機玻璃棒和絲綢進行干燥。全部干燥處理后立即進行演示操作。?2、演示步驟?演示1電量一定時，F與r的關系。（1）將聯通旋扭15抬起，往右推進旋扭，使A球與B球相靠。（2）使有機玻璃棒與絲綢磨擦帶電。（3）將拉板拉開，把帶電的有機玻璃棒塞入箱內，穿過兩球頂部，棒的后端微微上翹，離兩側壁1-2cm時，使棒接觸兩球，向外面拉邊轉，給球帶電。因兩球靠在一起同時帶等量電荷。兩球帶電后，關掉拉板。注意：兩球所帶電量不易過大或過小，大概在r為5-6cm時，F為12-20mm（F）為宜。（4）成倍數的改變r，分別測出對應的F（聯通A球的快慢適當，使擺球有輕微擺動過程抵達新的平衡位置）。實驗結果表明，電量一定時，F與r2成正比。演示2???r一定時，F與Q1、Q2.的關系。（1）A、B球帶等量同種電荷，帶電方式同前。聯通A球，調節r的大小，使F為被4整除的一個整數值，如：F為12、16、20mm（F）。
F值確定后，記錄下r值的大小。（2）用不帶電的放電球接觸A球，A球電量為Q/2。聯通A球基座，使r的大小保持不變（恢復到記錄r值的大小）。觀測并記錄F2的大小。（3）用手觸摸A球，之后聯通A球與B球相撞，兩球各帶原先的1/2電量，使r的大小不變，測得F3。?從實驗中可以看出，r一定時，F與Q1·Q2.成反比。?實驗完畢后，使兩球消電，擺球靜止時擰入止動旋扭和旋緊聯通旋扭。注：本次實驗采用西南師范學院生產的“J2367庫侖扭秤（投影式）”，它的優點在于便捷的讀取兩球寬度離r和斥力F的大小.