《库仑定理》教学设计整体设计教学剖析本节课的核心内容是库仑定理，它即是静电学的第一个实验定理，也是学习静电学的基础。本节教学内容的主线有两条，第一条为把握真空中静止点电荷之间互相作用的规律即库仑定理；第二条为怎样研究多个变量之间关系的方式，间接检测一些不易检测化学量的方式，及研究化学问题的其他基本技巧。教学目标1、定性了解电荷间的互相斥力规律，把握库仑定理的内容及其应用。2、通过观察演示实验，概括出电荷间的作用规律。培养中学生观察、分析、概括能力。3、体会研究化学问题的一些常用的方式如：控制变量法、理想模型法、测量变换法、类比法等。4、渗透数学技巧的教育，运用理想化模型的研究方式，突出主要诱因、忽略次要诱因，具象出数学模型——点电荷，研究真空中静止点电荷互相斥力问题。5、体会科学研究的艰难，培养中学生热爱科学的、探究化学的兴趣。6、通过静电力与万有引力的对比，感受自然规律的多样性与统一性。教学重点及难点1、电荷间互相斥力与距离，电量的关系。2、库仑定理的内容、适用条件及应用。教学方式与手段1、探究、讲授、讨论、实验归纳2、演示实验、多媒体讲义教学媒体：1、J2367库仑扭秤（投影式）、感应起马达、通草球、绝缘细绳、铁架台、金属导警棍、库仑扭秤挂图等。
2、多媒体讲义、实物投影仪、视频片段。知识打算自然界存在着两种电荷，同种电荷相抵触，异种电荷相吸引。教学过程[风波1]教学任务：创设情景引入新课师生活动：《三国志·吴书》中写道“琥珀不取腐芥”，意思是霉烂闷热的草不被琥珀吸引。并且，因为当时社会还没有对电力的需求，加上当时也没有检测电力的精密仪器，因而，人们对电的认识仍然逗留在定性的水平上。直至18世纪中叶人们才开始对电进行定量的研究。现今就让我们踏过科学家的足迹去研究电荷之间互相斥力。演示实验：首先转动感应起马达起电，之后借助带电的物体吸引轻小物体的性质使沙参球与感应起马达的一端相接触，沙参球带同种电荷后弹开，最后改变两者之间的距离观察有哪些现象形成？（注意：观察细线的偏角）推测：电荷间互相斥力的大小与什么诱因有关？可能诱因：距离、电荷量及其他诱因。[风波2]教学任务：设计方案定性探究师生活动：Ⅰ：定性探究一：探究F与r之间的定性关系（中学生讨论设计实验方案）为了探究F与r之间的定性关系，对其他诱因(如:电荷量、带电体的形状)我们应当怎样处理?只改变r的大小，保持其他条件不变。（目的让中学生追忆起控制变量法）[实验设计方案]实验器材：如图所示。
其中A、B是两个半径为1.5cm泡沫小球，小球的内层均匀涂有墨水，使之可以通过接触带电，A球用长为60cm左右的绝缘丝线悬挂于铁架台上。实验操作：使A、B两球带上同种电荷，发觉B球离A球越近，A球偏离竖直方向就越大（实验中最好保持两球在同一水平面上）。现象说明：你们是怎么判别小球A所受的库仑力F大小的变化的呢？（通过偏离竖直方向的角度θ的大小，角度θ越大A所受的库仑力就越大。）偏转角θ与小球A所受的库仑力F的大小关系怎么？（）非常提醒：因为在这儿我们无法直接检测出力F的大小，而是通过偏转角θ的变化来判定F的变化这些技巧就是检测变换法（间接检测法）。实验推论：电量不变时，改变带电体宽度离r，两电荷间的斥力F随距离r的减少而减小。Ⅱ：定性探究二：F与q之间的定性关系（中学生讨论设计实验方案）只改变q的大小，保持其他条件不变。[实验设计方案]实验器材：将两个半径为1.5cm，内层均匀涂有墨水的泡沫小球，用长为60cm左右的细导线连上去，之后用绝缘丝线悬挂与铁架台上。再将导线接到手摇感应起马达的一个小球上。实验操作：摇晃摇杆，使A、B两球带上等量的同种电荷，发觉手摇的越快，两球间的距离越大，即偏角越大。
非常提醒：因为要保持距离不变，通过改变电荷量的大小比较困难，而后面早已得出了F与r的定性关系，这儿中学生通常就能看出q越大，F就越大。现象说明：1．转的越快说明哪些?（转得越快，说明两小球的带电荷量越多。）2．两球距离（偏角）越大说明哪些?（两球距离（偏角）越大说明两球间的互相斥力越大。）实验推论：若距离不变，改变电荷量，两电荷间的斥力F随电荷量q的减少而减少。[风波3]教学任务：简略介绍化学学史，初步体会平方正比规律的得出师生活动：电荷间的斥力与它们带的电荷量以及距离有关，这么电荷之间互相斥力的大小会不会与万有引力的大小具有相像的方式呢？简略介绍化学学史：类比法的成功1.普利斯特利(1733-1804):美国人，二氧化碳的发觉者，物理家。2.富兰克林的空罐实验用棉线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木遭到吸引。但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。当富兰克林寄信将这一现象告之普利斯特利后，普氏想到：1687年牛顿曾证明:万有引力若服从平方正比定理，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。普利斯特利将空罐实验与牛顿推理类比，联想到电力也表现了这些特点，所以也应遵照平方正比定理。
[风波4]教学任务：库仑定理的内容师生活动：1．定理内容：真空中两个静止点电荷之间的互相斥力，与它们电量的乘积成反比，与它们的距离的二次方成正比，斥力的方向在它们的连线上。2．公式：，其中k为静电力常量,k=9.0×10-9N·m2/C2.3．适用范围：真空中静止的点电荷．非常说明：（1）关于“点电荷”，应让中学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽视，带电体就可以看做点电荷。严格地说点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的。这儿可以引导中学生回顾热学中的质点的概念。容易出现的错误是：只要容积小能够当点电荷，这一点在教学中应结合实例给以纠正。（2）要指出说明课本中叙述的库仑定理只适用于真空，也可近似地用于二氧化碳介质，对其他介质对电荷间库仑力的影响不便向中学生多作解释，只能简单地强调：为了排除其他介质的影响，将实验和定理约束在真空的条件下。（3）扩充：任何一个带电体都可以看成由许多点电荷组成的。任意两点电荷之间的斥力都遵循库仑定理。用矢量求和法求合力。借助微积分估算得：带电小球可等效看成电量都集中在球心上的点电荷。静电力同样具有力的共性，遵循牛顿第三定理，遵循力的平行四边形定则。
[风波5]教学任务：介绍库仑扭称实验师生活动：借助图片加文字说明的方式诠释人类对静电力的探究过程。片断一：1767年，西班牙数学学家普利斯特通过实验发觉静电力与万有引力的情况十分相像，为他首先提出了静电力平方成正比定理猜想。片断二：1772年，法国化学学家卡文笛许遵守普利斯特利的思想以实验验证了电力平方正比定理。片断三：1785年美国化学学家库仑设计制做了一台精确的扭秤,用扭秤实验证明了同号电荷的作用力遵照平方正比律,用振荡法证明异号电荷的吸引力也遵照平方正比定理。库仑扭秤实验的验证过程（投影加解说）（1）结构简介（借助投影显示）。（2）怎样解决力的确切检测？①操作方式，扭力平衡：静电力扭力＝金属细丝扭转转矩，②思想方式：放大、转化（3）F与r2关系的验证。①设计思想：控制变量法——控制Q不变②结果：库仑精确地用他的扭称实验检测了两个带电小球在不同距离下的静电力，否认了自己的猜想。基本上验证了F与r之间的平方正比关系。（4）怎样解决电量检测问题，验证F与Q的关系？①库仑将两个完全相同的金属小球，一个带电、一个不带电，二者互相接触后电量被两球等分，各自带有原有总电量的一半。这样库仑就巧妙地解决了这个问题库仑定律视频，用这个方式依次得到了原先电量的等的电荷，因而顺利的验证得出②思想方式：守恒、对称。
[风波6]教学任务：库仑定理的应用例题：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力。已知电子的质量m1=9．10×10-31kg，质子的质量m2=1．67×10-27kg。电子和质子的电荷量都是1．60×10-19C。剖析：这个问题不用分别估算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，通分以后，再求解。解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是：?，，可以看出：万有引力公式和库仑定理公式在表面上很相像，叙述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式估算出的力只能是互相吸引的力，绝没有相抵触的力。其次，由估算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的好多，因而在研究微观带电粒子间的互相作用时，主要考虑静电力，万有引力其实存在，但相比之下十分小，所以可忽视不计。[风波7]教学任务：巩固练习参考题1．真空中有两个相同的带电金属小球A和B，相距为r，带电量分别为q和2q，它们之间互相斥力的大小为F。有一个不带电的金属球C，大小跟A、B相同，当C跟A、B小球各接触一次后拿开，再将A、B宽度离变为2r，这么A、B间的斥力的大小可为（）A．3F/64B．0C．3F/82D．3F/162．如图所示，A、B、C三点在一条直线上，各点都有一个点电荷，它们所带电量相等。
A、B两处为正电荷，C处为负电荷，且BC=2AB。这么A、B、C三个点电荷所受库仑力的大小之比为．3．真空中有两个点电荷，分别带电q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它们相距15cm，现引入第三个点电荷，它应带电量为，置于位置能够使三个点电荷都处于静止状态．4．把一电荷Q分为电量为q和(Q－q)的两部份，使它们相距一定距离库仑定律视频，倘若使它们有最大的作用力，则q和Q的关系是．答案：1.A2.32：45：53.－2×10-2C，q1q2连线上与q2关于q1对称4.q＝Q/2非常说明：1．点电荷是一种理想化的数学模型，这一点应当使中学生有明晰的认识。2．通过本书的例题，应当使中学生明晰地晓得，在研究微观带电粒子的互相作用时为何可以忽视万有引力不计。3．在用库仑定理进行估算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行估算，之后按照是同种电荷，还是异种电荷来判定电荷间的互相作用是引力还是作用力。4．库仑扭秤的实验原理是选学内容，但考虑到库仑定理是基本数学定理，库仑扭秤的实验对检验库仑定理具有重要意义，所以希望班主任介绍给中学生，可借助模型或挂图来介绍。
板书设计备课资料库仑定理的定量研究1、实验仪器：J2367库仑扭秤（投影式）、感应起马达2、实验采取的研究方式?控制变量法.3、如何设计实验？（1）电量一定时，F与r的关系.（2）r一定时，F与Q1·Q2.4、实验原理及步骤：本装置采用投影仪进行放大观测，定量演示库仑定理。依据高斯定理，均匀带电球面在面外各点的电场分布与点电荷的电场分布相同，因而，实验中采用球状带电体做为点电荷的近似模型。投影式库仑扭秤保留了传统式库仑扭秤的数学思想，在结构设计、观测方式，加工工艺等方面有较大改进,使演示的可见度大。一、装置结构及技术参数：如图所示，仪器主要由扭摆球，联通球，透明方箱三部份组成。1配重；2调零片；3游丝；4摆架；5摆轴；6轴承，7摆杆（一半为绝缘材料，另一半为铝板）；8表针；9透明方箱；10底脚；11止动旋钮；12微调零旋钮；13测力标尺；14测距标尺；15联通旋钮；16A球基座；17拉板；18A、B：带电球二、操作方式：1、实验打算（1）投影变焦把仪器置于投影器上，调节焦距，使测力标尺13和测距标尺14的刻度线都能在荧幕上清晰可见。（2）零点微调?将止动旋扭11旋出，使旋扭后端与表针8相离约5mm，当发觉表针与测力标尺的0刻度不重合时，须要零点微调，把微调零旋扭12抬起，轻轻联通标尺，使表针确切指零以后，再轻轻旋紧旋扭。
（3）干燥处理?该仪器的使用条件为相对温度≤80%。在温度较大时，须要对仪器进行干燥处理，将拉板17拉开，用热风机向箱内吹热风使箱内干燥（如发觉箱内的干燥剂肿胀时，需事先将干燥剂烘干，使它弄成红色），然后关上拉板，再用热风机对有机玻璃棒和丝绸进行干燥。全部干燥处理后立即进行演示操作。?2、演示步骤?演示1电量一定时，F与r的关系。（1）将联通旋扭15抬起，往右推进旋扭，使A球与B球相靠。（2）使有机玻璃棒与丝绸磨擦带电。（3）将拉板拉开，把带电的有机玻璃棒塞入箱内，穿过两球顶部，棒的后端微微上翘，离两侧壁1-2cm时，使棒接触两球，向外面拉边转，给球带电。因两球靠在一起同时带等量电荷。两球带电后，关掉拉板。注意：两球所带电量不易过大或过小，大概在r为5-6cm时，F为12-20mm（F）为宜。（4）成倍数的改变r，分别测出对应的F（联通A球的快慢适当，使摆球有轻微摆动过程抵达新的平衡位置）。实验结果表明，电量一定时，F与r2成正比。演示2???r一定时，F与Q1、Q2.的关系。（1）A、B球带等量同种电荷，带电方式同前。联通A球，调节r的大小，使F为被4整除的一个整数值，如：F为12、16、20mm（F）。
F值确定后，记录下r值的大小。（2）用不带电的放电球接触A球，A球电量为Q/2。联通A球基座，使r的大小保持不变（恢复到记录r值的大小）。观测并记录F2的大小。（3）用手触摸A球，之后联通A球与B球相撞，两球各带原先的1/2电量，使r的大小不变，测得F3。?从实验中可以看出，r一定时，F与Q1·Q2.成反比。?实验完毕后，使两球消电，摆球静止时拧入止动旋扭和旋紧联通旋扭。注：本次实验采用西南师范学院生产的“J2367库仑扭秤（投影式）”，它的优点在于便捷的读取两球宽度离r和斥力F的大小.