（新教材）2022版高中物理人教版必修第三册课件：9.2 库仑定律 .ppt

1、2.2. 库仑定律库仑定律 1.1.悬绳为什么发生了偏转？悬绳为什么发生了偏转？ 2.2.当棉球的位置发生变化时，悬绳的偏转程度也发生了当棉球的位置发生变化时，悬绳的偏转程度也发生了 变化，你发现什么规律？变化，你发现什么规律？ 知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库 仑定律过程中的科学思想和方法。仑定律过程中的科学思想和方法。 1.1.了解点电荷模型。了解点电荷模型。 （物理观念）（物理观念） 2.2.掌握库仑定律及应用，明确库仑定律及适用条件。掌握库仑定律及应用，明确库仑定律及适用条件。 （物理观念）（物理观念）

2、 3.3.通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。（科学思维）通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。（科学思维） 4.4.能够解决库仑力作用下的带电体的受力平衡问题。能够解决库仑力作用下的带电体的受力平衡问题。（科学思维）（科学思维） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 一、电荷之间的作用力一、电荷之间的作用力 【探究一：影响电荷间相互作用力的因素探究一：影响电荷间相互作用力的因素】 带正电的带电体带正电的带电体C置于铁架台旁，把置于铁架台旁，把 系在丝线上

3、带正电的小球先后挂在系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、 P2、P3等位置。等位置。 （1）带电体）带电体C与小球间的作用力会随与小球间的作用力会随 距离的不同怎样改变呢？距离的不同怎样改变呢？ （2）在同一位置增大或减小小球所带）在同一位置增大或减小小球所带 的电荷量，作用力又会怎样变化？的电荷量，作用力又会怎样变化？ （3）电荷之间作用力的大小与哪些因）电荷之间作用力的大小与哪些因 素有关？素有关？ 结论：结论： 1.1.带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越小，力越小。带电量越小，力越小。 2.2.距离越近，偏角越大，力越大；距离越远，距离越近，偏角越大，力

4、越大；距离越远，力越小。力越小。 小球受力小球受力 示意图示意图 T G F tanGF 偏角越大，偏角越大， 力越大力越大 二、库仑的实验二、库仑的实验 ( (一一) ) 法国物理学家法国物理学家库仑库仑利用扭秤研究出了电荷间利用扭秤研究出了电荷间 相互作用力的大小跟电量和距离的关系相互作用力的大小跟电量和距离的关系。 1 1、实验装置：、实验装置：库仑扭秤库仑扭秤 2 2、器材组成、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的细银丝、绝缘架、带电的 金属金属小球小球A和和C、不带电的小球、不带电的小球B B 想一想：想一想：B球的作用是什么呢？球的作用是什么呢？ 使使A球在水平面内平衡球在水平面内平衡

5、 平衡小球平衡小球B 细银丝细银丝 带电小球带电小球C 带电小球带电小球A 刻度盘与指针刻度盘与指针 3、实验原理：、实验原理：A和和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角 度和力的大小有一定的对应关系度和力的大小有一定的对应关系 4、实验方法：、实验方法：控制变量法控制变量法 5、实验步骤：、实验步骤： 探究探究F与与r的关系：的关系： (1)把另一个带电小球把另一个带电小球C插入容器并使插入容器并使 它靠近它靠近A时，记录扭转的角度可以比较时，记录扭转的角度可以比较 力的大小力的大小 (2)改变改变A和和C之间的距离之间的距离r，记录每次，记录每次 悬丝扭转的角

6、度，便可找出悬丝扭转的角度，便可找出F与与r的关系的关系 探究探究F与与q的关系：的关系： 改变改变A和和C的电量的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角，记录每次悬丝扭转的角 度，便可找出度，便可找出F与与q1、q2的关系的关系 在库仑那个时代，还不知道怎么样测量在库仑那个时代，还不知道怎么样测量 物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都 没有，又怎么样做到改变没有，又怎么样做到改变A和和C的电荷量呢？的电荷量呢？ 库仑的实验库仑的实验 法国物理学家法国物理学家库仑库仑利用扭秤研究出了利用扭秤研究出了 电荷间相互作用力的大小跟电量和距离电荷间相互作用力的大小

7、跟电量和距离 的关系的关系。 A C A 4 Q 电量均分电量均分 A 2 Q C A D 条件：大小、形状、材料条件：大小、形状、材料 完全相同的小球完全相同的小球 1.当电量不变时，当电量不变时，F与距离与距离r的的 二次方成反比二次方成反比 F 2.当距离不变时当距离不变时,F与与 的乘积成正比的乘积成正比 F 结论：结论： 12 q q 2 1 r 12 q q 2 Q Q 2 Q 综合结论综合结论: 12 2 Fk r qq = 2 1 F r 式中的式中的k k是比例系数，叫做静是比例系数，叫做静 电力常量。通过实验测定其值为电力常量。通过实验测定其值为 922 9.0 10 N

8、m / Ck 12 2 r q q F 库仑定律实验视频库仑定律实验视频 12 F qq 三、库仑定律三、库仑定律 1.1.内容：内容： 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的 乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们 的连线上。的连线上。 电荷间的这种相互作用力叫做电荷间的这种相互作用力叫做静电力静电力或或库仑力。库仑力。 2.2.库仑定律的表达式库仑定律的表达式 式中的式中的k k是比例系数，叫做静电力常量。是比例系数，叫做静电力常量。 12 2

9、 Fk r qq 922 9.0 10 N m / Ck 3.3.适用范围：适用范围： （1 1）真空中）真空中 （3 3）点电荷）点电荷 点电荷是一种理想化的物理模型。点电荷是一种理想化的物理模型。 看成点电荷的条件：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以看成点电荷的条件：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以 致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽 略时，这样的带电体就可以看作带电的点，叫作略时，这样的带电体就可以看作带电的点，叫作点电荷点电荷。 【类比类比】点电荷类似于力学中的质点点电荷类似

10、于力学中的质点 （2 2）静止的）静止的 注意：是否可将带电体看作点电荷不是看它本身的尺寸大小注意：是否可将带电体看作点电荷不是看它本身的尺寸大小。 如：如：一个半径是一个半径是10cm的带电圆盘的带电圆盘，如果考虑它和相距如果考虑它和相距10m处的处的 某个电子的作用力某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷就完全可以把它看作点电荷，而如果电子而如果电子 离带电圆盘只有离带电圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘就相当于一个无限大那么这一带电圆盘就相当于一个无限大 的带电平面的带电平面。 又如：又如： 同种电荷：电荷布在金属球外侧同种电荷：电荷布在金属球外侧 异种电荷：电荷分布在金属球内侧异种电

11、荷：电荷分布在金属球内侧 想一想：想一想：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中 在球心位置的点电荷？适用于在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况的情况? +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 若是点电荷，若是点电荷，r r为两点间距离为两点间距离 相距较远时，均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的相距较远时，均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的 作用，作用，r r是球心与球外点电荷间的距离是球心与球外点电荷间的距离 公式不适用于公式不适用于r0r0的情况的情况 （2 2）如何确定半径）如何确定半径r r r

12、 注意：注意： （1 1）计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。）计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。 库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。 对带电体的受力分析，一定不要对带电体的受力分析，一定不要忘记画忘记画库仑力。库仑力。 库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。 库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反， 作用在同一条直线上。作用在同一条直线上。 （注意：一对库仑力大小一定相等，与各自的带电量无关）（注意：一对库仑力大小一定相

13、等，与各自的带电量无关） 三、静电力的计算：三、静电力的计算： 1.1.理解静电力理解静电力 根据库仑定律，两个电荷量为根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距的点电荷在真空中相距 1 m 时，相互作用力是时，相互作用力是 9.0109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受。差不多相当于一百万吨的物体所受 的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可 能做到使相距能做到使相距 1 m 的两个物体都带的两个物体都带 1 C 的电荷量。的电荷量。 通常，一把梳子和衣袖摩擦后所通常，一把梳子和衣袖摩擦后所 带的电荷量不

14、到百万分之一库仑，但带的电荷量不到百万分之一库仑，但 天空中发生闪电之前，巨大的云层中天空中发生闪电之前，巨大的云层中 积累的电荷量可达几百库仑。积累的电荷量可达几百库仑。 例题例题1 1：已知氢核（质子）质量为：已知氢核（质子）质量为1.671.671010- -27 27kg kg。电子的质量是。电子的质量是 9.19.11010- -31 31kg kg，在氢原子内它们之间的最短距离为，在氢原子内它们之间的最短距离为5.35.31010- -11 11 m m。试比 。试比 较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。 解：解：库仑力大小库仑力大小:

15、2 21 r QQ KF e 2 2 r e K 万有引力大小万有引力大小: 2 r mm GF ep 引 ep e mm e G K F F 2 引 39 103 . 2 N 8 102 . 8 N 47 106 . 3 库仑定律是电磁学的基本定律之一库仑定律是电磁学的基本定律之一，它由法国物理学家库它由法国物理学家库 仑仑（1736-1806）于于1785年在实验研究中发现年在实验研究中发现。 你能初步谈谈库仑力和万有引力你能初步谈谈库仑力和万有引力 的共同点和不同点吗？的共同点和不同点吗？ 2 21 r mm GF 2 21 r qq kF 万有引力定律万有引力定律 库仑定律库仑定律 不

16、同点不同点 只有引力只有引力 既有引力又有斥力既有引力又有斥力 天体间表现明显天体间表现明显 微观带电粒子间表现明显微观带电粒子间表现明显 都是场力都是场力 万有引力场万有引力场 电场电场 公式公式 条件条件 两质点之间两质点之间 两点电荷之间两点电荷之间 例题例题2 2：真空中有三个点电荷，它们固定在边长：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm50 cm的等边三角形的等边三角形 的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是 +2 +2 1010- -6 6 C, C,求它们各自所求它们各自所 受的库仑力。受的库仑力。 q1 q2 q3 解：解：q3 共受共受

17、 F1 和和 F2 两个力的作用，两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间，相互间 的距离的距离 r 都相同都相同 , 所以所以 根据平行四边形定则，合力是根据平行四边形定则，合力是: 1 2cos300.25 NFF 合力的方向沿合力的方向沿 q1 与与 q2 连线的垂直平分线向外。连线的垂直平分线向外。 F1 F2 F3 q1 q2 q3 + + + 926 2 1222 9.0 10(2 10 ) N0.144 N 0.5 q FFk r 电荷电荷 库仑库仑 定律定律 忽略忽略 自身自身 大小大小 和质和质 量量 理理 想想 模模 型型 点电荷点电荷 数学表达式数学表达式

18、12 2 Fk qq r k k为静电为静电 力常量力常量 大小大小 方向判断方向判断 库仑扭秤实验库仑扭秤实验 相互作用的相互作用的 定量关系定量关系 1.1.（多选）（多选）库仑定律的适用范围是（库仑定律的适用范围是（ ） A A真空中两个带电球体间的相互作用真空中两个带电球体间的相互作用 B B真空中任意带电体间的相互作用真空中任意带电体间的相互作用 C C真空中两个静止点电荷间的相互作用真空中两个静止点电荷间的相互作用 D D真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带 电体间的相互作用电体间的相互作用 CDCD 2.2.两个放在绝缘架上的相同金

19、属球，相距两个放在绝缘架上的相同金属球，相距d d，球的半径比，球的半径比d d小得多，小得多， 分别带分别带q q和和3q3q的同种电荷，相互斥力为的同种电荷，相互斥力为3F3F，现将这两个金属球接触，然，现将这两个金属球接触，然 后分开，仍放回原处，则它们的相互斥力将变为（后分开，仍放回原处，则它们的相互斥力将变为（ ） A A0 B0 BF CF C3F D3F D4F4F D D 3.两个可自由移动的点电荷分别放在两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处两处，如图所示如图所示A处电荷处电荷 带正电带正电Q1，B处电荷带负电处电荷带负电Q2，且且Q2=4Q1，另取一个可以自由移动的另取一

20、个可以自由移动的 点电荷点电荷Q3放在放在AB直线上直线上欲使整个系统处于平衡状态欲使整个系统处于平衡状态，则：则：（ ） A、Q3为负电荷为负电荷，且放于且放于A左方左方 B、Q3为负电荷为负电荷，且放于且放于B右方右方 C、Q3为正电荷为正电荷，且放于且放于AB之间之间 D、Q3为正电荷为正电荷，且放于且放于B右方右方 A A 4.4.光滑绝缘的水平地面上有相距为光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷的点电荷A、B，带电量分，带电量分 别为别为4Q和和+Q，今引入第三个点电荷，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡，使三个点电荷都处于平衡 状态，则状态，则C的电量和放置的位置是（的电

21、量和放置的位置是（ ） A Q，在，在A左侧距左侧距A为为L处处 B 2Q，在，在A左侧距左侧距A为为L/2处处 C 4Q，在，在B右侧距右侧距B为为L处处 D + 2Q，在，在A右侧距右侧距A为为3L/2处处 C C 5.5.(2018(2018全国卷全国卷I)I)如图如图, ,三个固定的带电小球三个固定的带电小球a a、b b和和c,c,相互间相互间 的距离分别为的距离分别为ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cmab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cm。小球。小球c c所受库仑力的合所受库仑力的合 力的方向平行于力的方向平行于a a、b b的连线。设小球的连线。设小球a a、

22、b b所带电荷量的比值的绝所带电荷量的比值的绝 对值为对值为k,k,则则 ( ( ) ) A.A.a a、b b的电荷同号的电荷同号, , B.aB.a、b b的电荷异号的电荷异号, , C.aC.a、b b的电荷同号的电荷同号, , D.aD.a、b b的电荷异号的电荷异号, , D D 16 9 k 64 27 k 16 9 k 64 27 k 6.6.真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A、B(均可看作点均可看作点 电荷），分别固定在两处，两球间静电力为电荷），分别固定在两处，两球间静电力为F。现用一个不带电的同样。现用一个不带电的同样 的金属

23、小球的金属小球C先与先与A接触，再与接触，再与B接触，然后移开，此时接触，然后移开，此时A、B球间的静电球间的静电 力变为多大？若再使力变为多大？若再使A、B间距离增大为原来的间距离增大为原来的2倍，则它们间静电力又倍，则它们间静电力又 为多大？为多大？ C 324 1 2 FF F 4 Q 2 Q 2 Q A B 2 Q 4 Q 8 1 F F B +Q A -Q r B A r 2r 所以：所以： 8 2 Q QQ BA 解析：解析： 黎明的曙光对暗夜是彻底的决裂，对彩霞是伟大黎明的曙光对暗夜是彻底的决裂，对彩霞是伟大 的奠基。的奠基。 停止前进的脚步，江河就会沦为一潭死水。停止前进的脚步，江河就会沦为一潭死水。