师：同学们，大家好。今天我们学习粤教版必修3物理第一章第二节库仑定律。首先，回顾上节课所学知识。我们学习了各种起电方式，如摩擦起电、接触起电和感应起电；还学习了元电荷，把一个电子或质子所带电量的绝对值称为元电荷，其值为(1.6×10^{-19})库仑，所有电量都是元电荷的整数倍；最后学习了电荷守恒定律，电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在任何转移过程中，电荷的总量保持不变。
接下来进入新课。我们知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，这说明电荷之间存在相互作用。在物理学上，把静止电荷之间的相互作用力称为静电力。思考一下，电荷之间的相互作用会与什么因素有关？我们来看一个神奇的橡胶棒实验视频。
水因橡胶棒的靠近感应起电，靠橡胶棒一侧产生了异种电荷，随着橡胶棒的靠近，水流受到越来越大的吸引力，偏转得越来越明显。通过这个实验，大家猜测电荷之间的相互作用会与什么因素有关？
生：带电量和它们之间的距离。
师：研究表明，带电体之间的相互作用除了和电荷量、距离有关，还与它们的形状和大小有关，这大大增加了研究问题的复杂性。怎样突出研究的主要因素，方便进行实验探究呢？我们可以类比质点这个理想化模型。带电体的大小与形状会影响电荷的分布，为忽略这种影响，我们构建一个理想化模型——点电荷。当带电体本身的大小比它与其他带电体的距离小得多时，就可以把带电体抽象成一个点，忽略其形状与大小。
接下来，我们一起定性地探究电荷间相互作用与电荷量(Q_1)、(Q_2)和距离(r)的关系。研究静电力的大小与电荷量(Q_1)、(Q_2)的关系，需要用到什么物理思想呢？
生：当一个物理量与多个量相关时，应采用控制变量法。
师：那如何通过该装置判断静电力的大小呢？
生：可以通过摆线的偏角判断静电力的大小。
师：那我们可以如何改变带电体的电荷量呢？
生：可以利用感应起电机给小球更多的电荷。
师：接下来开始进行演示实验。先保持电荷量不变，改变(r)；再保持距离(r)不变，改变电荷量。我们来一起观看实验视频。
首先把小球挂在电荷间作用力演示器(P_1)的位置。用感应起电机使球形导体(O)带上正电荷，将球形导体(O)触碰小球，使小球也带上同种正电荷，再用感应起电机使球形导体(O)带上足够多的正电荷。将球形导体(O)靠近带电小球，观察小球现象。可以观察到小球发生偏转。保持球形导体位置不变，将小球移至(P_2)位置观察现象，可以观察到小球在(P_2)偏转的角度比在(P_1)位置小。将小球移至(P_3)位置观察现象，可以观察到小球没有发生偏转。通过三次实验现象的比较，我们发现距离越远，小球的偏转角度越小。
用感应起电机使球形导体(O)带上正电荷，将球形导体(O)触碰小球，使小球也带上同种正电荷。再用感应起电机使球形导体(O)带上足够多的正电荷。将球形导体(O)靠近带电小球，观察小球现象。可以观察到小球发生偏转，保持小球位置不变，增大球形导体(O)所带的电荷量，将球形导体(O)靠近带电小球。观察小球现象，可以观察到小球偏转的角度变大。在该实验中，小球偏转的角度越小，说明电荷之间的作用力越小；偏转的角度越大，说明电荷之间的作用力越大。
通过演示实验，我们可以得出实验结论：当两点电荷量一定时，距离越小，静电力越大；当两点电荷距离一定时，电量增加，静电力越大。之前我们学习过什么力也是随距离的增大而减小？
生：万有引力。
师：那电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式，即与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？这需要我们进一步进行定量探究。
其实过去在探究静电力的影响因素时，科学家也花费了很长时间尝试对静电力进行精密的测量。在18世纪中叶以前，研究带电体之间的静电力遇到了三个困难：一是带电体作用力小，没有足够精密的测量仪器；二是带电体电量分布难以确定，距离不易测量；三是当时还没有量度电荷量的单位，无法比较电荷的多少。
同学们，如果是你，能想到用什么办法去解决这些困难吗？其实万有引力也是微小力，卡文迪许在实验室通过扭秤实验把万有引力测量出来，库仑也通过扭秤实验解决了以上困难。库仑通过放大思想和转化思想，利用悬丝扭转放大了静电力的效果，并且利用了静电力的大小正比于悬丝扭转角，把测定力的倍数关系转化为测定悬丝扭转角度的倍数关系。而对于不清楚电荷分布、不易测量距离的问题，我们同样可以利用点电荷这个理想化模型，把带电金属小球看作点电荷，用刻度尺间接测量距离。还有一个困难，库仑当时不知道如何比较电荷的多少，但他巧妙地通过均分思想解决了这个难题，他将带有电量(q)的小球与另一相同不带电的小球接触，使带电小球的电荷减半。利用这个办法，库仑把电量分为(\frac{q}{2})、(\frac{q}{4})、(\frac{q}{8})，满足倍数关系。库仑在1785年在此实验的基础上提出了两个点电荷间相互作用的规律，它标志着电学研究从定性走向了定量。
下面我们借鉴科学家的思想方法，改进实验装置，开展定量实验探究。如图，在干燥的环境中利用精度为(0.0001)克的电子分析天平测量静电力。两个金属箔片分别连接有绝缘支架，金属圆片(A)固定放置在检测台上，金属圆片(B)嵌入固定支架，可以通过其绝缘支架的刻度测量两薄片之间的距离。该实验原理为：将金属圆片(A)连同绝缘支架放在分析天平检测台面上，用归零功能将示数调零，再将金属圆片(B)连同绝缘距离标尺固定在玻璃罩上方，让两金属圆片正对。当用起电机让两金属圆片带上同种电荷后，由电子秤示数，通过单位换算即可得到金属圆片(A)所受到的库仑力的大小。接下来我们一起来观看实验，先保持电荷量不变，探究作用力、静电力与距离(r)的关系。