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視頻標簽：庫侖定律
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理教材（選修3-1）第一章第2節《庫侖定律》廣東省 - 湛江
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高中物理教材（選修3-1）第一章第2節《庫侖定律》廣東省 - 湛江
《庫侖定律》教學設計
【教材分析】
《庫侖定律》是高中物理教材（選修3-1）第一章第2節的內容。從知識發展的線索看，本節內容的核心是庫侖定律，它是靜電學的第一個實驗定律，是學習電場強度的基礎，是電磁學的基本定律之一。在理論推導過程中，有利于強化學生對萬有引力定律的對比理解和對控制變量法的應用。
本節內容從定性探究到定量實驗研究帶電體相互作用的規律，得出庫侖定律。
【學情分析】
結合現階段學生的認知結構、認知水平以及知識跨度，分析學生學情如下：
通過第1節內容的學習，學生知道了使物體帶電的三種起電方式，理解了電荷的基本概念，掌握了電荷守恒定律的重要內容。學生已經對看不見摸不到的電學研究掌握了一定的方法，也萌發了進一步探究的興趣。那么，靜電場的諸多特性究竟對我們的生產和生活有哪些作用和影響呢？這是學生亟待解決的問題，引入“庫侖定律”已經到了水到渠成的時候了。
針對學生的學情，給出相應的學法指導：
為適應高二學生認知特點和思維發展水平，在本節課教學中，通過演示實驗激發學生的學習和探索欲望，合作探究引導學生觀察思考、理論推導、分析歸納、得出結論，在其中滲透物理學的分析問題和解決問題的方法，從合理猜想到定性分析，再到定量研究，最終得到庫侖定律的表達形式，使學生得到學習方法的訓練。
通過展示自制的實驗裝置，點燃學生的創造熱情，升華教師的教育靈魂，使學生理論聯系實際，科學指導生活。
【教學思想】
《物理課程標準》指出：“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。”本節課是一堂比較典型的探究課,師生探究并應用庫侖定律,在教學設計中改變過去過分強調知識傳承的傾向,將重點放在培養學生的探究能力上,科學探究貫穿于教學的各個環節。
1、在庫侖規律的探究過程中，通過給學生演示實驗創設情景，充分調動學生的積極性，使學生去討論、去猜想、設計實驗方案并動手做實驗，讓學生成為電荷間相互作用規律的“發現者”，課堂的主人翁，使本節課的教學過程如同研究課題那樣去進行。
2、在整個教學過程中，教師是學生學習的合作者、引導者和參與者。教學過程是師生交流、共同發展的互動過程。當學生遇到困難時，教師要和學生一起猜想、分析，從中點撥他們的思維。
3、教學過程是讓學生通過探索、思考、研究獲取知識的過程，在這個過程中教師引導，學生思考，師生共研。本節內容教學設計思想是通過從現象到本質，從定性到定量，逐層深入引導學生思考，參與探究，在激起學生興趣的同時，吸引學生深入探究，以此滲透培養學生的科學素養，提高學生的思維邏輯性、嚴謹性，同時也培養了學生積極向上，勇于探索，追求新知的精神。
2
【教學目標】
1．知識與技能目標
①了解人類探求電荷間相互作用力的過程。
②了解庫侖扭秤實驗，了解庫侖對電荷間相互作用力探究的貢獻。 ③了解點電荷。
④掌握庫侖定律的內容及應用。 2．過程與方法目標
①通過對庫侖定律建立過程的探究與學習，初步了解研究物理問題的一般程序，認識物理實驗在物理學發展過程中的作用與地位。
②掌握研究物理問題的一些常用的方法如：控制變量法、理想模型法、測量變換法等。 3．情感態度與價值觀
①體驗探究規律的樂趣，體會研究過程的艱辛，收獲成就的喜悅，進而培養學生面對困難不退縮，面臨挑戰敢擔當的精神，培養學生對科學的熱愛，對探究的熱情。
②培養學生運用“發現問題、合理猜想、實驗探究”的探究物理規律的科學方法的能力。 ③通過靜電力與萬有引力的對比，體悟自然規律的多樣性與統一性。
④通過對庫侖定律建立的回顧，以及相關物理史實的介紹，培養學生的科學素養，培養學生勇于探索未知世界的精神。
通過以上三個目標的實現，不僅可以達到本節課的三維目標，也可以實現學科知識、學生創造、社會發展三方面的整合。
【教學重點與難點】
教學重點：①掌握研究物理問題的一些基本方法，完成對庫侖定律的探究。 ②用庫侖定律計算真空中靜止點電荷間的相互作用力。
教學難點：靜電實驗的操作，運用數學知識對實驗現象的科學分析、歸納總結。
【教學策略選擇與設計】
為了打造“自主學習，合作探究，精講釋疑，訓練檢測”的課堂特點，突出重點，突破難點，通過對本節課的教法學法分析，遵照新課改的具體目標之一“改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養其合作交流的能力”的理念。本節課主要采用探究式、啟發式、實驗法、分析法、歸納法和討論法等教學方法。通過師生一起探索發現物理規律，激發學生學習興趣，充分調動學生學習積極性，體現“教師為主導，學生為主體”的新課程教學原則。
具體的教學手段有多媒體課件展示、演示實驗、學生分組實驗、講授法、分組討論法等。
【教具準備】
自制“電荷之間相互作用”演示儀、“探究影響電荷間相互作用力因素”實驗材料、自制“用簡易方法定量驗證庫侖定律”演示儀。
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【教學過程】
教學過程
教學內容
設計意圖
教師活動
學生活動
（一） 新 課 引 入 利用“靜電鈴”敲響上課鈴聲。 簡單介紹“靜電鈴”結構，結合本章第一節的內容，讓學生猜想其原理。請大家跟隨老師一起來學習電荷間相互作用力的規律：庫侖定律。
學生聆聽別致的鈴聲，思考“靜電鈴”的工作原理，學習興趣濃厚。 通過情景教學，激發學生的學習興趣，激起學生
的求知欲。 電鈴聲音別致，調動學生的積極性，活躍了課堂氣
氛，吊足學生的胃口，設置懸念，將學生引入新課環節。
（二） 新 課
教
學
一、教師演示實驗并引導學生合理猜想
影響電荷間相互作用力的因素
提出問題： 通過何種方法改變鈴聲的強度？
電荷間相互作用力與哪些因素有關？
引發學生思考。 二、學生分組完成定性實驗探究： 影響電荷間相互作用力因素的影響效果
猜想：電荷間相互作用力可能與帶電體間的距離、電荷量等因素有關。
如何做實驗定性探究？ (1) 你認為實驗應采取什么方法來研究電
荷間相互作用力與各可能因素的關系？
學生：當一個物理量與多個量相關時，
學生思考：影響電荷間
相互作用力的因素有哪些。
學生以小組為單位，明確實驗目標，觀察實驗器材，設計實驗
方案，合理分工，相互
配合，完成探究，得出結論。具體方法是： 1、保證兩帶電體所帶
電量一定，改變兩帶電
體間的距離，觀察橡膠
棒轉動情況，分析得到
結論。 2、保證兩帶電體間距
離和其中一個帶電體
電量不變，改變另一個
合理猜想，符合認知規律，為本節課的探究奠定基礎。
學生經過“電鈴”演示實驗的觀察，科學猜想到影響電荷間相互作用力的因素可能有距離和電荷量，那么究竟這兩個因素對相互作用力有怎樣的影響效果呢？學生的好奇心已經被充分調動，這是學生
a
4
應采用控制變量法。
(2) 請閱讀教材，如果要比較這種作用力的大小可以通過什么方法直觀的顯示出來？ 學生：比較橡膠棒轉動明顯程度。 (3)實驗前先思考:可用什么方法改變（如減少）帶電體的電荷量?
學生：橡膠棒與毛皮不同程度的摩擦，橡膠棒的帶電量有所不同。
與毛皮摩擦橡膠棒a，將它放在圓盤頂針上靜置。摩擦另一根橡膠棒b，將它靠近橡膠棒a，觀察現象。
1、改變兩橡膠棒之間的距離，觀察對比棒a的轉動情況有何變化？
2、用力多摩擦幾次橡膠棒b與輕輕摩擦一下橡膠棒b與a作用，觀察對比兩次棒a的轉動情況有何變化？
通過觀察對比，引導學生得到定性結論：影響電荷間相互作用力與哪些因素相關及影響效果。 定性實驗結論：
①當電量q一定時，距離r越小，棒的偏轉程度越明顯，則作用力F越大。
②當距離r一定時，電量q增加，棒的偏轉程度越明顯，則作用力F越大；
實驗條件：保持實驗環境的干燥、無風。 三、教師演示并引導學生分析定量實驗：
探究電荷間相互作用力的表達式
帶電體電量，觀察橡膠棒轉動情況，分析得到結論。
學生觀察實驗現象，思考并對比，回答相應問題：
1、橡膠棒經與毛皮摩擦后，其表面帶上負電荷，兩橡膠棒帶同種電荷相互排斥，導致a棒繞頂針發生轉動。 說明電荷之間有相互作用。
2、兩橡膠棒間距離越近，棒a的轉動效果越明顯。
3、適當的較長時間用力摩擦與輕輕摩擦幾下對比，棒b所帶電荷量有所不同，較長時間用力摩擦其帶電量更多，棒a的轉動效果更明顯。
學生完成分組實驗探究后，派小組代表描述實驗現象，概括實驗結論。 亟待解決的問題了。
結合高中物理必修部分對科學研究辦法的回顧，學生自然想到探究本實驗方法和步驟，合理分工探究，通過觀察現象得到結論。讓學生體驗到探究的樂趣和合作解決問題的喜悅。
盤面用不同顏色間隔成16份，便于學生觀察比較棒的轉動情況，實驗教具制作精美，引起學生的注意，吸引學生進一步思考和探究。
在教材中是通過庫侖扭秤實驗來研究庫侖定律的，由于庫侖扭秤結構復雜，操
5
<結構介紹>：利用萬分之一克精度的電子分析天平測量電荷間相互作用力，兩個金屬薄片分別連接有絕緣支架，金屬圓片A固定放置在檢測臺上，金屬圓片B嵌入固定支架，可以通過其絕緣支架的刻度測量兩薄片間距離。
<實驗原理>：將金屬圓片A連同絕緣支架放在分析天平檢測臺面上，用“歸零”功能將示數調零，再將金屬圓片B連同絕緣距離標尺固定在玻璃罩上方，讓兩金屬圓片正對。當用起電機讓兩金屬圓片帶上同種電荷后，由分析天平示數通過單位換算即可得到金屬圓片A所受到的庫侖力大小。
1、教師演示實驗（請學生記錄實驗數據）保持電荷量不變，電荷間相互作用力與距離之間的關系：
距離r（m） 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
F
（9.8×10-7N）
1/r
（m-1）
1/r2
（m-2）
教師引導學生觀察數據，結合剛剛的定性判斷，大家有什么發現？F隨r的增大而減小，因此首先考慮做反比例函數。利用Excel公式計算1/r，描點作圖。發現F與1/r的函數是曲線，進一步嘗試做1/r2函數。 做出散點圖連線，引導學生思考發現了什么規律？
結論1：由此我們得到：保持兩帶電體的電荷量不變，改變兩者之間的距離r，從實驗結果中得出作用力與距離的二次方成反比，即 F∝1/r2
2、教師播放視頻再現實驗（由于實驗條件苛刻，要求在干燥無聲的環境下，40秒內采集完數據，請學生分工記錄）保持距離不變，電荷間相互作用力與電荷量之間的關系：
教師介紹本定量實驗的實驗器材和結構，學生思考本實驗的設計意圖以及實驗原理。
學生通過了解器材結構，理解實驗原理，觀察實驗現象，記錄實驗數據，分析實驗結果等環節，親身經歷了科學探索庫侖定律的歷程，運用了數學知識分析數據，通過描點作圖，得到重要的實驗結論。
利用控制變量法分別完成兩部分實驗操作，將實驗數據記錄到表格中，學生通過觀察表格數據，進行描點作圖，運用自己的數學知識分析，自行推導擬合出電荷間相互作用力與電荷量之間和距離之間的定量關系。
作精確度要求高，使該實驗在中學教學中一直得不到普遍應用，所以，庫侖定律的定量分析在教學上成了許多教師回避的課題。
本實驗設計演示恰好解決這個問題，能夠讓學生在回顧已有知識的過程中，運用知識探索規律，分析數據歸納結論。
本實驗的設計亮點：1、精度高：由于電荷量的限制，庫侖力一般十分微弱，能檢測微小的庫侖力。利用十萬分之一精度電子分析天平可精確測量。2、反應快：靜電實驗過程中，電荷量會逐漸減少，快速得到數據非常重要。該方案不需要調節待測物體的平衡，五組實驗數據在40秒內即可完成。3、實驗簡潔：帶電體由鋁箔紙做成圓片形
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電荷量q1 q0
1/2
q0
1/4 q0
1/8 q0
F（9.8×10-7
N）
教師引導學生思考如何分析實驗數據呢？利用Excel輸入數據，生成散點圖近似連成一條直線。引導學生進一步觀察圖像，能得出什么結論？
思考：如果我們改變金屬圓片B的電量，能不能得到同樣的結論呢？為什么？
結論2：由此我們可以得到：保持兩帶電體間的距離不變，改變其所帶電荷量，從實驗結果中得出作用力與電荷量的乘積成正比，即 F ∝q1q2
四、介紹物理學史和庫侖扭秤：
庫侖定律的內容
根據我們的定量實驗，電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小，它們之間存在“平方反比”的關系。這隱約使我們猜想，電荷之間的作用力是否與萬有引力具有相似的形式呢？事實上，在很早以前，一些學者也是這樣猜想的，卡文迪許和普利斯特等人都確信“平方反比”規律適用于電荷間的作用力。但是僅靠一些定性的實驗，不能證明這樣的結論。
而這一猜想被庫侖所證實，庫侖在探究三者之間的定量關系時，定量實驗在當時遇到的三大困難：
① 帶電體間作用力小，沒有足夠精密的測量儀器；怎樣確定帶電體間的作用力的數量關系？
② 沒有電量的單位，無法比較電荷的多少；怎樣確定電荷量的數量關系？ ③ 帶電體上電荷分布不清楚，難測電荷間距離。怎樣測定電荷間的距離？ 同學們，如果是你，你能想到怎樣的方法來
經過定律演示實驗的觀察和分析，學生得到了各物理量之間的“平方反比”的關系。思考如何進一步利用數據分析。 聆聽教師介紹物理學史——庫侖的研究歷程針對定量實驗中遇到的三大困難問題，結合自己已有知識，思考解決辦法。 狀，粘貼在有機玻璃底座上，減少了帶電體形狀對電荷分布產生的影響。同時使帶電體間的距
離控制和計算均更簡潔。 讓學生在觀察、分析、思考中體會探索物理奧秘的樂趣。 回顧必修部分的學習中也有類似“平方反比”的表達形式——萬有引力。引導學生采用知識類比的辦法將
已有知識進行遷移。 在理論教學中增添物理學史的知識，一方面增強了課程的豐富性和趣味性，另一方面讓學生真正走進科學，了解和體會科學探索的
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解決這些困難？
引導學生用類比的方法得出三大困難
的對策： 卡文迪許扭稱實驗——庫侖扭稱實驗，
對稱性——等分電荷法，
質點——點電荷 ①放大思想：力很小，但力的作用效果（使懸絲扭轉）可以比較明顯。
②轉化思想：力的大小正比于懸絲扭轉角，
通過測定懸絲扭轉角度倍數關系即可得到力的倍數關系
③均分思想：帶電為Q的金屬小球與完全
相同的不帶電金屬小球相碰分開，每小球帶電Q/2，同理可得Q/4、Q/8等電量的倍數關系（電荷在兩個相同金屬球之間等量分
配）。
④理想化模型思想：把帶電金屬小球看作點電荷（理想化模型）利用刻度尺間接測量距離。
點電荷：當帶電體間的距離比它們自身
的大小大得多，以致帶電體的形狀大小及電
荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可
以忽略時，這樣的帶電體可以看做帶電的
點，叫點電荷。它是一個理想化模型，實際
上點電荷不存在。 (與“質點”進行比較)
學生積極參與討論、思考，大膽提出實驗的設計構想： 懸絲扭轉、利用完全相同的帶電體平分電量、利用刻度尺間接測量距離等„„
艱辛歷程，培養科學素養，
培養勇于科學
探索的精神。
利用已有
的知識進行類
比和巧妙遷
移，幫助學生迅速接受并掌握新知識。
將物理學
的科學研究辦
法不斷滲透，
使學生在對比
理解中鞏固科學思想，加深
認識，有利于
真正認識到物
理研究的內涵。
學生在完
成探究的過程
中，不但能學
到知識和探索的方法，體驗
到探索的樂
趣，還能認識
到探索自然科
學規律必須采
取認真細致嚴
謹的科學態
度。
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五、庫侖定律
內容：真空中兩個靜止點電荷間的作用力大小與兩電荷量的乘積成正比，與電荷間的距離平方成反比，作用力的方向在它們的
連線上。這個規律叫做庫侖定律。
電荷間這種相互作用的電力叫做靜電
力或庫侖力。 公式: 說明:
①k為靜電力常量, k=9.0×109N.m2/C2,
其大小是用實驗方法確定的。其單位是由公式中的F、q、r的單位確定的，使用庫侖定律計算時，各物理量的單位必須是：F：N，
q：C，r：m。. ② 庫侖定律的適用條件：真空中兩個靜止點電荷。
讓學生回答實際帶電體可以看成點電
荷的條件。 思考：
A、當r趨向于無窮大時，F趨向于0嗎？
B、當r趨向于0時，F趨向于無窮大嗎？
③關于點電荷之間相互作用是引力還是斥力的表示方法，使用公式計算時，點電荷電量用絕對值代入公式進行計算，然后根據同性電荷相斥、異性電荷相吸判斷方向。 ④F是Q1與Q2之間的相互作用力，是Q1對Q2的作用力，也是Q2對Q1的作用力的大小，是一對作用力和反作用力，即大小
相等方向相反。
⑤庫侖力(靜電力)是與重力、彈力、摩擦力一樣，屬于性質力。
任意帶電體可以看成是由許多點電荷組成的，所以，知道帶電體上的電荷分布，根據庫侖定律和力的合成法則就可以求出
帶電體間的靜電力的大小和方向。
跟讀理解，結合前面實驗得到的結論，進一步根據定律描述記憶庫侖力的表達形式。
學習理解點電荷概念及其要點。 根據表達式，應用數學知識解釋極限情況。
A、
“當r趨向于無窮大時，F趨向于0”正確。 B、
“當r趨向于0時，F趨向于無窮大”錯
誤。因為當r趨向于0時，帶電體就無法被視為點電荷，
不符合庫侖定律的適用范圍，因此錯誤。
培養學生
總結歸納能力，抓住定律
的要點內涵。
應用量綱
法解決問題。
突出本節
的易錯點：適用條件。
在將數學
知識應用在解
決物理問題
時，不能簡單
進行數學推導，還要結合物理量實際的
物理意義分析結論。
221rqqkF
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【精講釋疑 訓練檢測】
氫原子由一個質子和一個電子組成。根據經典模型，電子繞核做圓周運動，軌道半徑r
為5.3×10-11
m。已知兩者之間的萬有引力作
用大小為3.7×10-47
N（質子的半徑約為10-16
m），求：
（1）電子受到的靜電力。
（2）電子受到的靜電力是萬有引力的多少倍。
講解完庫侖定律的內容及要點分析后，通過練習題訓練鞏固知識。
1、通過微觀粒子的數據讓學生直觀判斷和應用“點電荷”。
2、應用庫侖力公式計算，講解帶入數據的原則和技巧。
3、通過庫侖力和萬有引力的大小對比，得到“研究微觀帶電粒子的相互作用時，可以把萬有引力忽略”的重要結論。
認真審題，利用剛剛學習的庫侖定律相關內容進行分析判斷，應用庫侖力計算公式進行計算。 分析計算結果，思考數據的意義。
精講釋疑，訓練檢測，
通過及時訓練，讓學生更深刻的理解抽象的概念和方法，達到鞏固知識，提升課堂效果的目的。
課 堂 小 結
本節課我們回顧了起電的基本知識，猜想了影響電荷間相互作用力的因素，領略了科學先驅探索和發現庫侖定律的曲折歷程，探究了電荷間相互作用力與電荷量和距離之間的關系，并在分析這些關系的基礎上，逐步解釋它的物理本質，建立物理模型，形成物理規律。這樣有助于加深對物理概念、物理規律建立過程的理解，這是研究物理問題的重要方法。
最后我們伴著熟悉的旋律，唱響本節課的重難點。
《小蘋果——庫侖定律版》
電學世界很神奇， 我們一起探奧秘， 今天是個難忘日子。 起電方式有三種， 摩擦、接觸和感應， 電荷間有相互作用。
同種電荷相互排斥看著很有趣， 異種電荷相互吸引覺得更神奇。 真空中靜止點電荷計算靜電力， 庫侖扭秤精密實驗（揭）庫 侖 定 律
F與Q1、Q2成呀成正比， F與r的平方成反比，
電荷之間連線方向，是引力還是斥力？
學生在老師的引領下迅速回顧本節課的知識內容，強化記憶重點和難點。
師生共同伴著《小蘋果》的樂曲將歌詞改編為本節知識內容，朗朗上口，幫助記憶。
以學生熟悉的流行樂曲為旋律，串入知識為歌詞幫助學生牢固記憶。
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取決于電性！
F與Q1、Q2成呀成正比， F與r的平方成反比， 科學家先驅者啊激勵我們， 奇妙世界就要探索。
再次演示“靜電電鈴”實驗，敲響本節課下課鈴。給學生布置思考題。
觀察“靜電電鈴”，結合本節知識，思考其原理。學生討論交流，嘗試解釋現象。
通過“下課鈴”情景創
設，體會其中蘊含的物理知識，同時培養學生的觀察能
力和分析解決問題的能力。體現從“生活走向物理，物理走向社會”的新課程理念。
作業
布置
1、《導學案》課后練習題
2、思考：結合本節課知識“靜電電鈴”的
工作原理。
小結本節課的所學、所知。
通過學生的自我評價，培養學生不斷總結，不斷修正認識的學習態度，進一步體會物理探究的幾個環節，同時更好地體現以學生為主體，教師為主導的教學理念。 【板書設計】
多 媒 體 播 放 區
第一章第2節 庫侖定律 一、電荷間相互作用力
二、影響因素
1、猜想： 2、探究： 3、分析： 4、結論：„„
三、庫侖定律
1、點電荷
2、內容
（1）適用條件：真空中的靜止點電荷 （2）表達式2
21r
q
qk
F
（3）方向：兩電荷連線上 四、庫侖定律的應用
學 生 展 示 區
【教學反思】
成功之處：
本節課以“新課引入——合作探究——應用反饋——總結反思——評價提升”這樣的教學程序，打造“自主學習，合作探究，精講釋疑，訓練檢測” 為特點的高效課堂。通過師生之間、生生之間的平等合作、交流溝通，落實了《新課標》的要求，充分體現教師為主導、學生為主體的新教學理念，在課堂上盡量發揮學生的主觀能動性，讓他們不斷嘗到成就感，教師起到導的作用。學生作為學習主體，以及建構知識的主體地位，從而能夠較好的達到了本節課的教學目標，在教學實際中踐行高效課堂的教育理念。本節課多次展示自制的“低成本演示實驗器材”，解決了學生對抽象的電荷間相互作用理解的障礙和以往對靜電現象應用的空談，體現了物理教育理論聯系實際，培養學生發現精神的設計理念。進一步提高學生的創新思維和創造能力，塑造堅強、堅韌、勇敢的人格，培養具有勇于創新，善于創造的科學素養的高素質人才。
不足之處：
由于受到氣候影響以及實驗條件所限，在分組實驗中學生以學習小組為單位探究電荷間相互作用力影響因素的實驗和教師演示實驗效果受到不同程度的影響。由于時間限制，對于靜電現象在生產和生活中的廣泛應用也沒有充分的展示或帶領學生實地觀摩，確實留有遺憾。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
