1、高中物理高中物理 选修选修31第一章第一章 静电场静电场 既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小取决于哪些因素呢？1 1悬绳为什么发悬绳为什么发生了偏转？生了偏转？2 2当棉球的位置当棉球的位置发生变化时，悬发生变化时，悬绳的偏转程度变绳的偏转程度变化了吗？你能解化了吗？你能解释这一现象吗？释这一现象吗？高中物理高中物理 选修选修31电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关？电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关？猜想猜想电荷量电荷量电荷间距离电荷间距离探究影响电荷间相互作用力的因素探究影响电荷间相互作用力的因素移动电荷或改变电量观察现象移动电荷或改变电量观察现象实验方法：控制变量法
2、实验方法：控制变量法实验现象：实验现象：当两小球电量不变时，力随距离增加而减小当两小球电量不变时，力随距离增加而减小当距离不变时，力随电量的增加而增加当距离不变时，力随电量的增加而增加 早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律。规律。 卡文迪许和普里斯特等人都确信卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比规律适用平方反比规律适用于电荷间的力。于电荷间的力。 定量讨论电荷间的相互作用那么是两千年后的法国物理定量讨论电荷间的相互作用那么是两千年后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验学家库仑。库仑做了大量实验, ,于于17851785年得出了库
3、仑定律。年得出了库仑定律。库仑简介库仑简介 库仑库仑 1736-1806 电学是物理学的一个重要分支，在它的开展过程中，电学是物理学的一个重要分支，在它的开展过程中，很多物理学巨匠都曾作出过杰出的奉献。法国物理学家很多物理学巨匠都曾作出过杰出的奉献。法国物理学家查利查利奥古斯丁奥古斯丁库仑就是其中影响力非常巨大的一员。库仑就是其中影响力非常巨大的一员。 库仑在库仑在1785年到年到1789年之间，通过精密的实验对电荷间年之间，通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究，连续在皇家科学院备忘录的作用力作了一系列的研究，连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章。中发表了很多相关的文章。 1
4、785年，库仑用自己创造的扭秤建立了静电学中著名年，库仑用自己创造的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在给法国科学院的电力定律的论的库仑定律。同年，他在给法国科学院的电力定律的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。高中物理高中物理 选修选修31一一定量研究定量研究库仑扭秤实验库仑扭秤实验1、实验采取的研究方法、实验采取的研究方法控制变量法控制变量法2、如何设计实验？、如何设计实验？库仑定律是电学开展史上的第一个定量实验库仑定律是电学开展史上的第一个定量实验高中物理高中物理 选修选修311电量一定时，电量一定时，F与与r的关
5、系。的关系。2 r一定时，一定时，F与与Q1Q2。库库仑仑扭扭秤秤投投影影式式装装置置AB二、库仑的实验二、库仑的实验 法国物理学家库仑利法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电相互作用力的大小跟电量和距离的关系。量和距离的关系。高中物理高中物理 选修选修31 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电量的乘积成正比，与它们的距离的二次它们电量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。方成反比，作用力的方向在它们的连线上。内容内容库仑定律库仑定律库仑定律库仑定律高中物理高中物理 选修选
6、修31静电力或库仑力静电力或库仑力其中为静电力常量其中为静电力常量, =90, =90109 Nm2/C2109 Nm2/C2122q qFkr库仑力的方向：在二者的连线上库仑力的方向：在二者的连线上真空中、点电荷真空中、点电荷适用范围适用范围高中物理高中物理 选修选修31 点电荷点电荷1 1、看成点电荷的条件：、看成点电荷的条件：带电体之间的距离比它们自身的大小大得多带电体之间的距离比它们自身的大小大得多 电荷均匀分布时可等效为带电体中心的距离电荷均匀分布时可等效为带电体中心的距离2 2、点电荷是一个理想化模型、点电荷是一个理想化模型 两个电荷量大小相等的点电荷,在真空中相距1m,1=Q2=
7、将它们接触后再放到相距1m远处,他们相互作用力为学以致用学以致用氢原子核即质子的质量是氢原子核即质子的质量是 16716710-27g 10-27g ，电子的质量是电子的质量是 919110-31g , 10-31g , 在氢原子内它们在氢原子内它们之间的最短距离为之间的最短距离为535310-11m10-11m。试比较氢核与。试比较氢核与其核外电子之间的库仑力和万有引力。其核外电子之间的库仑力和万有引力。学以致用学以致用88.2 10FN库473.610FN引39310FF库引 2.高中物理高中物理 选修选修31相同处：相同处：大小与距离平方成反比。大小与距离平方成反比。 相异处：相异处：库
8、仑力的。库仑力的。库仑力有吸引力与排斥力，万有引力只有吸引库仑力有吸引力与排斥力，万有引力只有吸引力力 。电子与质子间的万有引力比其库仑力小得多电子与质子间的万有引力比其库仑力小得多因此研究微观粒子间的相互作用时，经常把万因此研究微观粒子间的相互作用时，经常把万有引力忽略不计。有引力忽略不计。 通过这道题目请你对库仑力通过这道题目请你对库仑力与万有引力做一下比较与万有引力做一下比较 高中物理高中物理 选修选修31 对于一般的带电体对于一般的带电体,静电力也比万有引静电力也比万有引力大得多力大得多,因此研究两个带电体间的相互因此研究两个带电体间的相互作用时也忽略万有引力作用时也忽略万有引力一般带
9、电体受到的重力是它和巨大一般带电体受到的重力是它和巨大地球之间的万有引力地球之间的万有引力,通常都比较大通常都比较大,所以所以就不能忽略就不能忽略而根本粒子像电子、质子、原子核而根本粒子像电子、质子、原子核等等,因为其本身质量非常小因为其本身质量非常小,即使与地球之即使与地球之间的万有引力也很小间的万有引力也很小,所以根本粒子受到所以根本粒子受到重力往往也很小重力往往也很小,所以根本粒子所受的重所以根本粒子所受的重力往往可忽略不计力往往可忽略不计 真空中两个完全相同的带等量电荷的金属球真空中两个完全相同的带等量电荷的金属球A A和和B B可看作点电荷，分别固定在两处，两球可看作点电荷，分别固定
10、在两处，两球间的静电力为间的静电力为F F，用一个不带电的完全相同的，用一个不带电的完全相同的金属球金属球C C先与先与A A接触，再与接触，再与B B接触，然后移去接触，然后移去C C，那么那么A A、B B之间的静电力为之间的静电力为 F F ；假设再使；假设再使A A、B B球间的距离增大一倍，它们之间的静电力为球间的距离增大一倍，它们之间的静电力为 F F。学以致用学以致用高中物理高中物理 选修选修31课堂小节高中物理高中物理 选修选修31库仑定律库仑定律：适用范围：真空中、点电荷适用范围：真空中、点电荷内容：内容：1 22qqFkr演示实验演示实验猜想猜想定量研究定量研究库仑定律库仑
11、定律定性研究定性研究实验实验应用应用课堂训练课堂训练 1 1、关于点电荷的以下说法中正确的选项是：、关于点电荷的以下说法中正确的选项是： A A 真正的点电荷是不存在的真正的点电荷是不存在的 B B 点电荷是一种理想模型点电荷是一种理想模型 C C 足够小的电荷就是点电荷足够小的电荷就是点电荷 D D 一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计问题的影响是否可以忽略不计 课堂训练课堂训练2 2、以下说法中正确的选项是：、以下说法中正确的选项是： A A 点电荷
12、就是体积很小的电荷点电荷就是体积很小的电荷B B 点电荷就是体积和带电量都很小点电荷就是体积和带电量都很小 的带电体的带电体C C 根据根据 可知，当可知，当r 0r 0时，时，F F D D 静电力常量的数值是由实验得到静电力常量的数值是由实验得到的的122q qFkr D课堂训练课堂训练3 3、 三个相同的金属小球三个相同的金属小球a a、b b和和c c，原来，原来c c不不带电，而带电，而a a和和b b带等量异种电荷，相隔一定带等量异种电荷，相隔一定距离放置，距离放置，a a、b b之间的静电力为之间的静电力为F F 。现将。现将c c球分别与球分别与a a、b b接触后拿开，那么接
13、触后拿开，那么a a、b b之间之间的静电力将变为的静电力将变为 。 A AF/2 BF/2 BF/4 F/4 C CF/8 DF/8 D3F/83F/8C课堂训练课堂训练4、的金属球，放置，当他们都带、的金属球，放置，当他们都带15105 C的正电时，相互作用力为的正电时，相互作用力为F1 ，当它们分别带当它们分别带15105 C和和15105 C的电量时，相互作用力为的电量时，相互作用力为F2 , 那么那么 AF1 = F2 BF1 F2 CF1 F2 D无法判断无法判断 B 当多个带电体同时存在时当多个带电体同时存在时,每一带每一带电体间的库仑力仍遵守库仑定律某电体间的库仑力仍遵守库仑定
14、律某一带电体同时受到多个库仑力作用一带电体同时受到多个库仑力作用时时,可利用力的平行四边形定那么求可利用力的平行四边形定那么求出合力出合力F1abc-F2F3F4 如以下图,三个完全相同的金属小球a、b、带正电,b带负电,的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是 AF1 BF2 CF3 DF4 B例题2:真空中有三个点电荷,它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是2 10-6C,求它们所受的库仑力F1F2F3q1q2q3+q1+-q2三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律例：例：a、b两个点电荷，相距两个点电荷，相距40cm，电荷量分，电荷量分别为别为q1和
15、和q2，且，且q1=9q2，都是正电荷；现引，都是正电荷；现引入点电荷入点电荷c，这时，这时a、b、c三个电荷都恰好处三个电荷都恰好处于平衡状态，试问：点电荷于平衡状态，试问：点电荷c的性质是什么？的性质是什么？电荷量多大？它放在什么地方？电荷量多大？它放在什么地方？两同夹异、两大夹小、近小远大两同夹异、两大夹小、近小远大q1q3三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律 如以下图，三个点电荷q1、q2、q3，固定在一直线上，q2与q3距离为q1与q2距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合均为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比q1：q2：q3为 A-9:4:-36 B9:4:36 C-3:2:-
16、6 D3:2:6两同夹异、两大夹小、近小远大两同夹异、两大夹小、近小远大q2库仑定律与力学综合例：真空中A、B两个点电荷相距，质量分别为m和2m，它们由静止开始运动不计重力及其它作用力，开始时A的加速度大小为a，经过一段时间B的加速度大小也为a，那么此时A、B两点电荷间的距离为 ？设星球带负电，一电子粉尘悬浮在距星球外表1000m的地方，又假设将同增的电子粉尘带到距星球外表2000m的地方相对于该星球无初速释放，那么此电子粉尘 A向星球下落B仍在原处悬浮C推向太空D无法判断用绝缘丝线悬挂一质量为m的带电小球B,放置在电荷量为Q的小球A附近如以下图,A、B两球在同一水平面上相距,丝线与竖直方向夹角=37o, A、B两带电球可看成点电荷。试求1丝线拉力2A、B两球之间的静电力 3 B球所带电荷的性质4 B球的电荷量的大小+AB 一根置于水平面上光滑玻璃管绝缘体，内部有两个完全一样的弹性金属球A、B，带电荷量分别为9Q和-Q，从图所示的位置由静止开始释放，问两球再经过图中位置时，两球的加速度是释放时的几倍？BA
