【核心素养】9.2 探究电荷间的相互作用 教案

探究电荷之间的相互作用力 使用教材 本节课以人教版物理必修第三册第九章第二节《库仑定律》为例，探讨新课程、新教材背景下将核心素养通过实验渗透到教学活动中的策略。 实验器材 引课实验器材 （1）教师展示“魔法棒”如图1所示。实验器材：手持式起电机、塑料丝 图1 展示“魔法棒” （2）学生仿制“魔法棒”如图2所示。实验器材：PVC管、塑料丝、毛皮 图2 仿制“魔法棒” 定性实验如图3所示。实验器材：木框、量角器、手持式起电机、金属球、悬丝、标记杆 图3 定性实验器材 （三）定量实验器材如图4所示。 图4 定量实验器材 三、实验设计与创新点 （一）引入实验 学生通过亲身实验，感受微小的静电力，激发探究热情。 （二）定性实验 本实验目的在于让学生定性探究电荷量和距离与静电力的关系。教科书为我们展示了这个实验，我用课本上的方案进行实验时发现两个问题：首先两球带电后悬挂小球晃动剧烈，无法静止在某一位置；其次，丝线的偏角θ很小，3次移动悬点，不容易观察到偏角θ的变化，所以课堂进行该实验成功率极低。为此，我通过三个方面对本实验进行优化。 改变小球悬挂方式。本实验没有用铁架台，而是自制的木头框，木头框中间固定15厘米的横杆，可将静电摆做成双线摆，这样两球带电后悬挂的小球能平衡在某一位置，摆角是稳定的。 改变悬挂物的材料，我通过实验发现，用锡纸包裹泡沫球，无论是体积相对大的球还是小一点的，小球带点后漏电严重，所以摆角都很小，实验效果不明显，多次试验不同材料，最终发现把1厘米左右的纸质吸管外层用锡纸包住，再用热熔胶连上摆线，这样锡纸表面是平滑的，没有凸起的地方，不仅能带上的电荷量多，而且漏电也少，悬丝的摆角变化明显。 实验中木头框宽和高都超过了一米，上面可以固定大号的量角器，量角器上有指针，可以标识摆角，当摆角变化时，前后对比实验现象明显，后排的学生也能看清。另外，用竖直的黄色细杆对两球做标记，实验时操作简单，不在需要用尺子测量距离。 （三）定量实验 （1）通过升降台改变两球间的距离。优点：操作简单，距离易控。 （2）手持式起电机使小球带电。优点：相比手摇起电机体积小，省去用导线连接起电机与小球的步骤，起电机与小球直接接触，可以让小球快速带电，并且可以在不同位置接触，尽量使小球电量均匀分布。 （3）用与两球相同的不带电小球取电。优点：模拟库仑实验改变电荷量的方法，让学生了解在无法测量电荷量的前提下间接寻找静电力和电荷量关系的方法。 （4）用激光校准球心位置以及确定两球间距。优点：如果仅仅通过肉眼观察进行操作很难使两球球心在同一条竖直线上，这样就会造成实验误差，本实验用竖直激光作为标准，即使在实验过程中也能不断调整两球位置使球心在同一条直线上。另外，本定量实验中，测量球心距是一个难点，而且演示实验要操作简单，过程清晰，现象直观，尤其要考虑后排的学生也要能观察到实验现象。所以我通过以下操作突破难点：先让两球接触，此时球心间距为小球直径2.5cm，将激光水平仪放在升降台上，调整高度，使水平激光打在PVC管标识的刻度2.5cm处，以此位置作为参照，改变球心距，上方小球每上升一格，球心距增加0.5cm，例如，球心距依次可取3.5cm、 4.0cm 、4.5cm、 5.0cm、 5.5cm，这样就省去了每改变一次位置就测一次距离的步骤，采集实验数据快速，减少因为漏电带来的实验误差。 （5）用Excel表格处理数据。将采集到的数据输入表格，设定公式，将距离转换为距离平方的倒数，质量转换为静电力，用图表功能绘制F与图像，可以快速且直观呈现两者的反比关系 四、实验原理 （一）引入实验原理 PVC管、塑料丝与毛皮摩擦后带有同种电荷，同种电荷相互排斥，所以比较轻的塑料丝会悬浮起来。 （二）定性探究实 ... ...