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上海市高中物理学科教学基本要求答案 关于高中物理学科教学方案设计( 五 )

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关于高中物理学科教学方案设计4
【三维目标】
知识与技能：
1.知道点电荷的概念，理解并掌握库仑定律的含义及其表达式;
2.会用库仑定律进行有关的计算;
3.知道库仑扭称的原理 。
过程与方法：
1.通过学习库仑定律得出的过程，体验从猜想到验证、从定性到定量的科学探究过程，学会通过间接手段测量微小力的方法;
2.通过探究活动培养学生观察现象、分析结果及结合数学知识解决物理问题的研究方法 。
情感、态度和价值观：
1.通过对点电荷的研究，让学生感受物理学研究中建立理想模型的重要意义;
2.通过静电力和万有引力的类比，让学生体会到自然规律有其统一性和多样性 。
【教学重点】
1.建立库仑定律的过程;
2.库仑定律的应用 。
【教学难点】
库仑定律的实验验证过程 。
【教学方法】
实验探究法、交流讨论法 。
【教学过程和内容】
<引入新课>同学们，通过前面的学习，我们知道“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”，这让我们对电荷间作用力的方向有了一定的认识 。我们把电荷间的作用力叫做静电力，那么静电力的大小满足什么规律呢?让我们一起进入本章第二节《库仑定律》的学习 。
<库仑定律的发现>
活动一：思考与猜想
同学们，电荷间的作用力是通过带电体间的相互作用来表现的，
因此，我们应该研究带电体间的相互作用 。可是，生活中带电体的大小和形状是多种多样的，这就给我们寻找静电力的规律带来了麻烦 。
早在300多年以前，伟大的牛顿在研究万有引力的同时，就曾对带电纸片的运动进行研究，可是由于带电纸片太不规则，牛顿对静电力的研究并未成功 。
(问题1)大家对研究对象的选择有什么好的建议吗?
在静电学的研究中，我们经常使用的带电体是球体 。
(问题2)带电体间的作用力(静电力)的大小与哪些因素有关呢?
请学生根据自己的生活经验大胆猜想 。
<定性探究>电荷间的作用力与影响因素的关系
实验表明：电荷间的作用力F随电荷量q的增大而增大;随距离r的增大而减小 。
(提示)我们的研究到这里是否可以结束了?为什么?
这只是定性研究，应该进一步深入得到更准确的定量关系 。
(问题3)静电力F与r，q之间可能存在什么样的定量关系?
你觉得哪种可能更大?为什么?(引导学生与万有引力类比)
活动二:设计与验证
<实验方法>
(问题4)研究F与r、q的定量关系应该采用什么方法?
控制变量法——(1)保持q不变，验证F与r2的反比关系;
(2)保持r不变，验证F与q的正比关系 。
<实验可行性讨论>.
困难一：F的测量(在这里F是一个很小的力，不能用弹簧测力计直接测量，你有什么办法可以实现对F大小的间接测量吗?)
困难二:q的测量(我们现在并不知道准确测定带电小球所带的电量的方法，要研究F与q的定量关系，你有什么好的想法吗?)
(思维启发)有这样一个事实：两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等 。
——这说明了什么?(说明球接触后等分了电荷)
(追问)现在，你有什么想法了吗?
<实验具体操作>定量验证
实验结论：两个点电荷间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比 。
<得出库仑定律>同学们，我们一起用了大约20分钟得到的这个结论，其实在物理学发展，数位伟大的科学家用了近30年的时间得到的并以法国物理学家库仑的名字来命名的库仑定律 。
启示一:类比猜想的价值
读过牛顿著作的人都可能推想到：凡是表现这种特性的相互作用都应服从平方反比定律 。这似乎用类比推理的方法就可以得到电荷间作用力的规律 。正是这样的类比，让电磁学少走了许多弯路，形成了严密的定量规律 。马克·吐温曾说“科学真是迷人，根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多的收获!” 。科学家以广博的知识和深刻的洞察力为基础进行的猜想，才是有创造力的思维活动 。
然而，英国物理史学家丹皮尔也说“自然如不能被目证那就不能被征服!”
启示二：实验的精妙
1785年库仑在前人工作的基础上，用自己设计的扭称精确验证得到了库仑定律 。(库仑扭称实验的介绍：这个实验的设计相当巧妙 。把微小力放大为力矩，将直接测量转换为间接测量，从而得到静电力的作用规律——库仑定律 。)

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