1、 库仑定律库仑定律1学习目标学习目标1.知道点电荷的概念，了解带电体知道点电荷的概念，了解带电体能被看作点电荷的条件能被看作点电荷的条件2 2掌握库仑定律，理解库仑定律掌握库仑定律，理解库仑定律的含义及其公式，知道静电力常量；的含义及其公式，知道静电力常量；（重点重点）3 3会用库仑定律的公式进行有关会用库仑定律的公式进行有关的计算；（的计算；（重点与难点重点与难点）4 4知道库仑扭秤的实验原理。知道库仑扭秤的实验原理。2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3实验结论实验结论电荷之间的相互作用：电荷之间的相互作用：随电荷量的增大而增大，随电荷量的增大而增大，随它们之间距
2、离的增大而减小随它们之间距离的增大而减小4下面让我们下面让我们沿着库仑当年的设沿着库仑当年的设计思路来了解计思路来了解一下定律发现的一下定律发现的过程过程带电体之间的相互作用与它们之间带电体之间的相互作用与它们之间定量关系是什么呢？定量关系是什么呢？5 库仑库仑(1736-1806)电学是物理学的一个重要分支，在它电学是物理学的一个重要分支，在它的发展过程中，很多物理学巨匠都曾作出的发展过程中，很多物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利过杰出的贡献。法国物理学家查利奥古斯奥古斯丁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17851785年到年到
3、17891789年之间，通过精密的实验对电年之间，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中发表了很多相关的文章。忘录中发表了很多相关的文章。17851785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著年，库仑用自己发明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名的库仑定律。同年，他在给法国科学院的电力定律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。结果。库仑简介库仑简介61 1库仑扭秤实验库仑扭秤实验(1)(1)原理：原理：通过悬丝扭转
4、的角度来确定通过悬丝扭转的角度来确定静电力的大小静电力的大小(2)(2)控制变量法控制变量法探究电荷间作用力的大小探究电荷间作用力的大小跟距离的关系：保持电荷的跟距离的关系：保持电荷的电荷量不变电荷量不变;探究电荷间作用力的大小探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系：保持两个跟电荷量的关系：保持两个电荷之间的距离不变电荷之间的距离不变.7真空中两个静止的点电荷静止的点电荷的相互作用力跟它们所带电量的乘积电量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方距离的二次方成反比，作用力的方向作用力的方向在它们的连线上。库仑力或静电力库仑力或静电力内内容容表表达达式式122q qFkr=k叫静电力常量，k=9.01
5、09Nm2/C2注注意意（1 1）大小：计算时只将电荷量的绝对）大小：计算时只将电荷量的绝对值代入值代入（2 2）方向：在两点电荷的连线上）方向：在两点电荷的连线上,同种电荷相斥同种电荷相斥,异种电荷相吸异种电荷相吸.8适用范围：真空、静止、点电荷（1 1）什么样的情况下，可）什么样的情况下，可以将带电体看成点电荷？以将带电体看成点电荷？（2 2）点电荷实际存在吗？）点电荷实际存在吗？静止两个两个静止的静止的电荷电荷一个静止一个静止,另一个运动的情另一个运动的情况况9对点电荷的正确理解对点电荷的正确理解1 1点电荷是物理模型点电荷是物理模型只有电量，没有大小、形状的理想化只有电量，没有大小、形
6、状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在中并不存在2 2带电体看成点电荷的条件带电体看成点电荷的条件如果带电体间的距离比它们自身的大如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，带电体忽略形状、大小等次要因素，带电体就能看成点电荷就能看成点电荷103 3点电荷只具有相对意义点电荷只具有相对意义一个带电体能否看做点电荷，是相对一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小于具体问题而言的，不能单凭
7、其大小和形状确定和形状确定4 4注意区分点电荷与元电荷注意区分点电荷与元电荷(1)(1)元电荷是一个电子或一个质子所带元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位位(2)(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，其带电量可以很大也可以很小，形状，其带电量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷电量的整数倍但它一定是元电荷电量的整数倍11问题探索想一想问题 1现有一个半径为 20cm的带电圆盘，问能否把它看做点电荷？【答案】能否把带电圆盘看做点电荷，不能只看大小，要视具体情况而定若另一带电体离它很远(如10m)，完全可
8、以将它视为点电荷；若另一带电体离它很近(如1cm)，带电圆盘的大小不能忽略，则不能视为点电荷12下面关于点电荷的说法正确的是()A只有体积很小的带电体才能看成点电荷B体积很大的带电体一定不能看成点电荷C当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷D一切带电体都可以看成点电荷【解析】带电体能否看成点电荷，和带电体的体积无关，主要看带电体的体积相对所研究的问题是否可以忽略，如果能够忽略，则带电体可以看成点电荷，否则就不能【答案】C13例例1 1、在氢原子中，原子核只有、在氢原子中，原子核只有1 1个质子个质子,核外核外只有只有1 1个电子个电子,它们之间的距离它们之间的距离
9、 r=5.310-11 m。求氢原子核与电子之间的库仑力求氢原子核与电子之间的库仑力 F电电及它及它们之间的万有引力们之间的万有引力F F引引？(已知质子的质量已知质子的质量为为1.67 10-27kg，电子的质量为电子的质量为9.110-31kg）221rqqkF 电电N)103.5()106.1(100.92112199 解：氢原子核与电子之间的库仑力解：氢原子核与电子之间的库仑力 F F电电为为N102.88 氢原子核与电子之间的万有引力F引为：221rmmGF 引引N)103.5(1067.1101.91067.6211273111 N106.347 39103.2引电FF14相相异处
10、异处：相同相同处处：。.因此研究微因此研究微观观粒子粒子间间的相互作用的相互作用时时，经经常把常把万万有引力忽略不有引力忽略不计计。通过这道题目请你对库通过这道题目请你对库仑仑力力与万与万有引力有引力做一下比较做一下比较15问题?在研究什么物体的运动和受力时，只考虑库仑力而万有引力可以忽略？在研究什么物体的运动和受力时，只考虑万有引力而库仑力可以忽略？【答案】在研究微观粒子的运动和受力时，万有引力相对于库仑力很小，可以忽略不计；在研究天体间的相互作用时，天体间的库仑力相对万有引力很小，可以忽略不计161 1、下列说法中、下列说法中正确正确的是：的是：()()A.A.点电荷就是体积很小的电荷点电
11、荷就是体积很小的电荷B.B.点电荷就是带电量都很小的带电体点电荷就是带电量都很小的带电体C.C.根据根据 可知，当可知，当r r 0 0 时，时，F F D.D.静电力常量的数值是由实验得静电力常量的数值是由实验得 到的到的221krqqF D172 2、两个半径为两个半径为0.3m的金属球，球的金属球，球心相距心相距1.0m放置，当他们都带放置，当他们都带1.5105C的正电时，相互作用的正电时，相互作用力为力为F1,当它们分别带当它们分别带+1.5105 C和和1.5105 C的电量时，相的电量时，相互作用力为互作用力为F2,则则（）AF1=F2 BF1 F2 CF1 F2 D无法判断无法
12、判断 B183真空中A、B两个点电荷相距10cm，A带电荷量是B带电荷量的50倍，B受到的库仑力是1N，则A受到的库仑力为()A50N B0.02NC1N D无法确定C194.有三个完全一样的球A、B、C，A 球带电荷量为 7Q，B 球带电荷量为Q，C 球不带电，将 A、B 两球固定，然后让C 球先跟 A 球接触，再跟B 球接触，最后移去C 球，则 A、B 球间的作用力变为原来的多少倍？20【解析】设 A、B 两球间的距离为r，由库仑定律知，开始时A、B 两球之间的作用力为Fk7QQr2当 A、C 两球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带电72Q当 B、C 两球接触时，两球均带电1272QQ5
13、4Q故后来A、B 两球间的作用力Fk72Q54Qr258F.【答案】58215.把质量为 2.0g 的带负电的小球 A 用绝缘细绳悬挂起来，若将带电量为 Q4.0106C 的带电小球 B 靠近小球 A，如图所示 当两个带电小球在同一高度相距 30cm 时，绳与竖直方向恰成 45角(小球 A、B 可看成点电荷)g 取 10m/s2，求：(1)A 球所受的库仑力大小；(2)A 球所带电荷量22含库仑力的共点力的平衡含库仑力的共点力的平衡 分析方法与力学相同分析方法与力学相同(1)(1)确定对象确定对象(2)(2)受力分析受力分析(3)(3)合成或正交分解合成或正交分解(4)(4)运用平衡条件运用平
14、衡条件23例例.如图如图A、B两个点电荷，相距为两个点电荷，相距为r，A带带有有9Q的正电荷，的正电荷，B带有带有4Q的正电荷的正电荷（1 1）如果）如果A和和B固定，应如何放置第三个固定，应如何放置第三个点电荷点电荷C，才能使此电荷处于平衡状态，才能使此电荷处于平衡状态？此时对？此时对C C的电性及电量的电性及电量q q有无要求？有无要求？（2 2）如果）如果A和和B是自由的，又应如何放置是自由的，又应如何放置第三个点电荷，使系统处于平衡状态？第三个点电荷，使系统处于平衡状态？此时对第三个点电荷此时对第三个点电荷C的电量的电量q的大小及的大小及电电性有无要求？性有无要求？AB9Q4Q-24三
15、个自由电荷的平衡规律：条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等、方向相反规律：“三点共线”三个点电荷分布在同一直线上；“两同夹异”正负电荷相互间隔；“两大夹小”中间电荷的电荷量最小；“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷25变式：变式：如图，质量均为如图，质量均为m的三个带电小的三个带电小球球A、B、C，放置在光滑的绝缘水平放置在光滑的绝缘水平面上，彼此相隔的距离为面上，彼此相隔的距离为L，（L比球比球半径半径r大的多），大的多），B球带电量为球带电量为QB=-3q，A球带电量为球带电量为QA=6q,若在若在C上加一水上加一水平向右的恒力平向右的恒力F F，要使，要使A、B、C三球始三球
16、始终保持终保持L L的间距运动，求的间距运动，求（1 1）F F的大小？的大小？（2 2）C C球所带电量为多少？带何种电荷球所带电量为多少？带何种电荷？ACB-6q-3qQC+C带正电，电量为6q（F=27Kq2/L2）26（）如果A和B是自由的，而电荷变为负，又应如何放置第三个点电荷，使系统处于平衡状态？此时对第三个点电荷C的电量q的大小及电性有无要求？9Q4QAB 答案：应放在连线上距离右侧处，电荷应带正27库仑力作用下的非平衡问题1.如图所示，在绝缘的光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，从静止同时释放，则两个小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是()A速度变大，加速度变
17、大B速度变小，加速度变小C速度变大，加速度变小D速度变小，加速度变大28a/2293.如图所示，在光滑绝缘的水平面上，沿一条直线依次排列三个等质量的带电小球A、B、C.在C上沿连线方向施加一恒力F后，三小球恰能在运动中保持相对位置不变已知A球电荷量QA10q，B球电荷量QBq.开始时，小球间距离为r，求所施恒力F的大小、小球C所带电荷量QC及电性30【解析】取 A、B、C 三个小球为研究系统，设小球质量为 m，由牛顿运动定律，可知F3ma取小球 A 为研究对象，有kQCQA2r2kQBQAr2ma取 A 球和 B 球的整体为研究对象，有 kQCQA2r2kQCQBr22ma解可得 QC403q，其电性为负，F70kq2r2.31一个定律：一个定律：库仑定律库仑定律一个模型：一个模型：理想化模型理想化模型一个公式：一个公式：122q qFkr一种物理实验方法：一种物理实验方法：控制变量法控制变量法一种物理研究进程一种物理研究进程：定性研究定性研究定量研究定量研究 32
