1、导入新课导入新课+-同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引力的大力的大小可以小可以求吗？求吗？第一章第一章 静电场静电场1.2 库伦定律库伦定律教学目标教学目标1.1.知识与能力知识与能力 熟记熟记库仑定律库仑定律的文字表述及其公式，掌握库的文字表述及其公式，掌握库仑定律的仑定律的适用条件适用条件。了解了解库伦扭秤实验库伦扭秤实验，通过演示实验，了解电荷，通过演示实验，了解电荷之间的作用力与哪些之间的作用力与哪些因素因素有关。有关。明确明确点电荷点电荷是是理想物理模型理想物理模型。知道带电体简。知道带电体简化为点电荷的条件。化为点电荷的条件。2.2.过程与方法过程与方
2、法 分析问题给定条件是否满足库仑定律的适分析问题给定条件是否满足库仑定律的适用条件。正确应用库仑定律解决多电荷之间的用条件。正确应用库仑定律解决多电荷之间的作用。作用。3.3.情感态度与价值观情感态度与价值观 培养学生热爱科学的精神。培养学生热爱科学的精神。有参与实验总结规律的热情，从而能更方有参与实验总结规律的热情，从而能更方便的解决实际问题。便的解决实际问题。教学重难点教学重难点教学重点：教学重点：教学难点：教学难点：库伦扭秤实验库伦扭秤实验 库仑定律求解注意问题库仑定律求解注意问题 影响电荷间相互作用力的因素影响电荷间相互作用力的因素 库仑定律的内容及条件库仑定律的内容及条件一、库仑定律
3、一、库仑定律二、库伦的实验二、库伦的实验内容解析内容解析探究探究影响电荷间相互作用力的因素影响电荷间相互作用力的因素实验装置图实验装置图 把一个带正电的物体放在把一个带正电的物体放在A处，然后把挂在处，然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在丝线上的带正电的小球先后挂在p1,p2,p3等位置等位置如上图比较小球在不同位置所受电力的大小。小如上图比较小球在不同位置所受电力的大小。小球所受电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的球所受电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来，偏角越大，表示小球受到的电力角度显示出来，偏角越大，表示小球受到的电力越大。越大。把小球挂在同一位置，增大或减小它所带的把
4、小球挂在同一位置，增大或减小它所带的电荷量，比较小球所受电力大小的变化。电荷量，比较小球所受电力大小的变化。实验内容实验内容 通过实验你观察到了什么现象？你能总结出通过实验你观察到了什么现象？你能总结出都有哪些因素在影响电荷间的相互作用了吗？这都有哪些因素在影响电荷间的相互作用了吗？这些因素对作用力的大小有什么影响？些因素对作用力的大小有什么影响？结论结论 影响电荷间的相互作用的因素有电荷量影响电荷间的相互作用的因素有电荷量的多少和电荷之间距离的长短。的多少和电荷之间距离的长短。电荷之间的作用力随着电荷量的增大而电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。增大，随着距离的增大
5、而减小。真空中两个静止点电荷之间的相互作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。向在它们的连线上。电荷间这种相互作用电荷间这种相互作用的电力叫做的电力叫做静电力静电力或或库伦力库伦力。库伦定律库伦定律 库伦在前人工作的基础上通过实验研究确认：库伦在前人工作的基础上通过实验研究确认：一、库仑定律一、库仑定律注意注意该定律包括三层含义：该定律包括三层含义：条件条件:真空中真空中 静止电荷静止电荷大小：大小：与电荷量的乘积成正比，与它们距与电荷量的
6、乘积成正比，与它们距 离的二次方成反比。离的二次方成反比。方向：方向：它们的连线上（同种电荷沿连线向它们的连线上（同种电荷沿连线向 内，异种电荷沿连线向外）。内，异种电荷沿连线向外）。点电荷属于点电荷属于理想化模型理想化模型，是，是不存在不存在的。点电的。点电荷不一定很小如同质子。对任何形状的带电体，荷不一定很小如同质子。对任何形状的带电体，如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体可以看作点电荷。以忽略不计，这样的带电体可以看作点电荷。点电荷可
7、以视为有质量、有电量、不占空间，点电荷可以视为有质量、有电量、不占空间，与运动学中的质点类似的微小电荷。与运动学中的质点类似的微小电荷。实验装置实验装置库伦做实验用的装置叫做库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤库伦扭秤。如右图所示，细银丝的下端如右图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球个带电的金属小球A A，另一端有，另一端有一个不带电的球一个不带电的球B B，B B与与A A所受重所受重力平衡。当把一个带电的金属球力平衡。当把一个带电的金属球C C插入容器并使它靠近插入容器并使它靠近A A时，时，A A和和C C之间的作用力使旋线扭转，之间的作
8、用力使旋线扭转，通过通过悬丝扭转的角度可以比较力的大悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变和之间的距离，小。改变和之间的距离，二、库伦的实验二、库伦的实验21rF 电荷之间的作用力随着电荷量的增大而电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。增大，随着距离的增大而减小。归纳归纳记录每次悬丝扭转的角度，便可以得到力记录每次悬丝扭转的角度，便可以得到力与距离的关系，结果是力与距离的二与距离的关系，结果是力与距离的二次方成反比，即次方成反比，即 由于当时实验设备限制，无法用实验由于当时实验设备限制，无法用实验测得物体所带电量，库伦的实验中没有准测得物体所带电量，库伦的实验中没有准确的
9、电荷量，而是一系列电荷量的均分。确的电荷量，而是一系列电荷量的均分。库伦发现：库伦发现：两个相同的金属小球，一个带电、一个不两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个小球的作用力相等，所以他断定这两个小球的个小球的作用力相等，所以他断定这两个小球的带电量相等。带电量相等。这意味着：这意味着：如果把一个带电金属小球与另一个不带电的如果把一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，电荷量会均分给两个完全相同的金属小球接触，电荷量会均分给两个小球。小球。利用这种方法：利用这种方法：库伦把带点小球的电荷量库伦把
10、带点小球的电荷量q分为分为,.8,4,2qqq 这样库伦又发现了电荷间的作用力与电荷量的这样库伦又发现了电荷间的作用力与电荷量的关系关系:力力F与与q1和和q2的乘积成正比，即：的乘积成正比，即：FFq1 q2 上式中上式中 和和 表示两个点电荷的电荷量，用表示两个点电荷的电荷量，用r表示它们之间的距离，用表示它们之间的距离，用F表示它们之间的相互作表示它们之间的相互作用力。式中的用力。式中的k是一个常量，叫做是一个常量，叫做静电力常量静电力常量。1Q2Q221rQQkF 用一个公式来表示库伦定律用一个公式来表示库伦定律,就是就是 在国际单位制中，电荷量的单位是在国际单位制中，电荷量的单位是库
11、伦库伦，简称，简称库库，符号是，符号是C。在上式中如果各个物理量都用国际。在上式中如果各个物理量都用国际制单位，即电荷量的单位用制单位，即电荷量的单位用C，力的单位用，力的单位用N，距离，距离的单位用的单位用m，则由实验得出，则由实验得出229100.9CmNk注意注意 r r为两个点电荷之间的距离，若带电体为金属为两个点电荷之间的距离，若带电体为金属小球，应先考虑电荷间的排斥与吸引问题。小球，应先考虑电荷间的排斥与吸引问题。同种电荷电荷分同种电荷电荷分布在金属球外侧布在金属球外侧异种电荷电荷分异种电荷电荷分布在金属球内侧布在金属球内侧r+r-+想一想想一想 库伦定律是定量分析电荷间相互作用力
12、的基库伦定律是定量分析电荷间相互作用力的基本规律，表达式本规律，表达式 ，请你思考下面的问题：，请你思考下面的问题：221rQQkF 从数学观点看，从数学观点看，中的中的r0时，应该时，应该得得F，即两者的库伦力趋向于无穷大。你认，即两者的库伦力趋向于无穷大。你认为这样可能吗？为这样可能吗？把公式变成把公式变成 变成变成 和和221rQQkF 221rQQkF 221QrQkF122QrQkF的形式，你应该如何理解？的形式，你应该如何理解？库伦定律只适用于真空中的点电荷，当两个带库伦定律只适用于真空中的点电荷，当两个带电体无限靠近，即电体无限靠近，即r0时，带电体不能看成点电时，带电体不能看成
13、点电荷，当然就不能应用库仑定律来计算。荷，当然就不能应用库仑定律来计算。将将 ，和点电荷场强公式，和点电荷场强公式 电场电场力力F=Eq，联系起来，库仑定律可以理解为点电荷，联系起来，库仑定律可以理解为点电荷Q1在在Q2处产生的场强处产生的场强 与与Q2的乘积或点电的乘积或点电荷荷Q2在在Q1处产生的场强处产生的场强 与与Q1的乘积。的乘积。221rQQkF 2rQkE 211rkQE 222rQkE 提示提示 库伦（库伦（1736-1806），法国物理），法国物理学家，用库伦扭秤学家，用库伦扭秤实验研究了电荷间实验研究了电荷间相互作用的电力，相互作用的电力，于于1785年发现了库年发现了库仑
14、定律。仑定律。库伦库伦小资料小资料实际问题 两个带电量为两个带电量为1C的点电荷在真空中相距的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是时，相互作用力是9.0109N,差不多相当于差不多相当于一百多吨的物体的重力一百多吨的物体的重力!由此可见，库伦是一个由此可见，库伦是一个非常大的电荷量单位。非常大的电荷量单位。通常一把梳子和衣袖摩擦所带的电荷量不通常一把梳子和衣袖摩擦所带的电荷量不到百分之一库伦，但在天空中发生闪电之前，到百分之一库伦，但在天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷可达几百库伦。巨大的云层中积累的电荷可达几百库伦。已知质子的质量是已知质子的质量是1.6710-27Kg，电子的质，
15、电子的质量是量是9.110-31Kg，在氢原子内它们之间的最短距，在氢原子内它们之间的最短距离为离为5.310-11m。试比较氢原子中氢核与电子之。试比较氢原子中氢核与电子之间的库伦力和万有引力。间的库伦力和万有引力。解：氢核与电子所带的电荷量都是解：氢核与电子所带的电荷量都是1.610-19C221rqqkF库 N21119199103.5106.1106.1100.9N8102.8实际问题221rmmGF 引 N211312711101.5101.91067.1107.6N47106.339103.2引库FF 可见可见,微观粒子间的万有引力小于库伦力微观粒子间的万有引力小于库伦力,因此在研
16、究微观带电粒子相互作用时因此在研究微观带电粒子相互作用时,可以把可以把万有引力忽略掉。万有引力忽略掉。库仑定律是电磁学的基本定律之一。库仑库仑定律是电磁学的基本定律之一。库仑定律给出的虽然是点电荷的静电力，但是，任定律给出的虽然是点电荷的静电力，但是，任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向。静电力的大小和方向。注意注意 如果存在两个以上电荷，那么每个电荷都如果存在两个以上电荷
17、，那么每个电荷都要受到其它所有电荷对它的作用力。因此，两要受到其它所有电荷对它的作用力。因此，两个或两个以上电荷对某一个点电荷的作用力，个或两个以上电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和（遵循平行四边形定则）。和（遵循平行四边形定则）。1F2FF课堂小结课堂小结一、库仑定律一、库仑定律真空中真空中两个两个静止点电荷静止点电荷之间的相互作用之间的相互作用力，与它们的力，与它们的电荷量的乘积成正比电荷量的乘积成正比，与，与它们的它们的距离的二次方成反比距离的二次方成反比，作用力的，作用力的方向在它们的方向在它们的连线上连线上。
18、内容：内容：公式：公式：221rQQkF 二、库伦的实验二、库伦的实验 由于当时的条件所限，库伦无直接测定带由于当时的条件所限，库伦无直接测定带电金属球所带电荷量，只能通过实验，将带电电金属球所带电荷量，只能通过实验，将带电小球所带的电量均分给两个完全一样的小球，小球所带的电量均分给两个完全一样的小球，通过观察受力来判断带电量是相等。库伦的实通过观察受力来判断带电量是相等。库伦的实验中并未涉及到确切的电荷量，只是一系列电验中并未涉及到确切的电荷量，只是一系列电荷的均分值荷的均分值.8,4,2qqq库仑定律的适用条件：库仑定律的适用条件：真空中真空中 点电荷点电荷课堂练习课堂练习 1.关于库仑定
19、律，下列说法正确的是（关于库仑定律，下列说法正确的是（）CD A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的带电体。积很小的带电体。B.根据根据 ，当两个带电体间的距离，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大。趋近于零时，库仑力将趋向无穷大。C.库仑定律的表达式和万有引力定律的表达式库仑定律的表达式和万有引力定律的表达式很相似，它们都是跟距离的平方成反比例的定律。很相似，它们都是跟距离的平方成反比例的定律。D.静电力常量静电力常量k的值为的值为 。221rqqkF 229100.9CmN 2.图两个相同的金属球放在光滑绝缘的图两个相同的金属
20、球放在光滑绝缘的水平面上，其中水平面上，其中A求带求带9Q的正电荷，的正电荷，B求带求带Q的负电荷，由静止开始释放，经图示位置时，的负电荷，由静止开始释放，经图示位置时，加速度大小均为加速度大小均为a，然后发生弹性正碰，然后发生弹性正碰，返回到图示位置时的加速度均为返回到图示位置时的加速度均为_。ABa916 3.设氢原子核外电子绕核运动的半径为设氢原子核外电子绕核运动的半径为r，电子，电子质量为质量为m，电荷量为，电荷量为e，则电子绕核运动的速度，则电子绕核运动的速度为为_,转动频率为转动频率为_。mrke22 mrkmre 4.将缘来相距较近的两个带同种电荷的小球将缘来相距较近的两个带同种
21、电荷的小球同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面上），它们仅在相互作用间库伦力作用下运动的上），它们仅在相互作用间库伦力作用下运动的过程中过程中（）A.它们的相互作用力不断减少；它们的相互作用力不断减少；B.它们的加速度之比不断减少；它们的加速度之比不断减少；C.它们的动量之和不断增加；它们的动量之和不断增加；D.它们的动能之和不断增加。它们的动能之和不断增加。AD 5.如图所示，一个挂在丝线下端的带正如图所示，一个挂在丝线下端的带正电的小球电的小球B静止在图示位置，固定的带正电静止在图示位置，固定的带正电荷的荷的A球电荷量为球电荷量为Q,B球的质量为
22、球的质量为m，电荷量，电荷量为为q，=30，A和和B 在同一水平线上，整个在同一水平线上，整个装置处在真空中，求装置处在真空中，求AB两球间的距离。两球间的距离。AB解：对解：对B球受力分析球受力分析mgFtanmgFT2rQqkF 代入数据得：代入数据得：mgkQqr3 6.如图，在竖直放置的光滑绝缘细管圆如图，在竖直放置的光滑绝缘细管圆心心O处放一个点电荷，将质量为处放一个点电荷，将质量为m，带电量，带电量为为q的小球从圆弧管的水平直径端点的小球从圆弧管的水平直径端点A由静止释放，由静止释放，小球沿细管滑到最低点小球沿细管滑到最低点B时，对管壁恰好无压力，时，对管壁恰好无压力，则放于圆心处
23、的电荷在则放于圆心处的电荷在AB弧中点处的电场强度的大弧中点处的电场强度的大小为小为（）。）。ABCOA.E=mg/q B.E=2mg/qC.E=3mg/qD.不能确定不能确定C 7.如图所示，在光滑水平面上的如图所示，在光滑水平面上的O点系点系一长为一长为l的绝缘细线，线的另一端系一质量为的绝缘细线，线的另一端系一质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的小球。当沿细线方向的小球。当沿细线方向加上场强为加上场强为E的匀强电场后，小球处于平衡状态。的匀强电场后，小球处于平衡状态。现给小球一垂直于细线方向的初速度现给小球一垂直于细线方向的初速度 ，使小球，使小球在水平面上开始运动。若在水平面上开始运动
24、。若 很小，则小球第很小，则小球第一次回到平衡位置所需要的时间为一次回到平衡位置所需要的时间为_。0v0vE0v用周期公式解答。用周期公式解答。qEml2提示提示加速度的方向加速度的方向 加速度的方向与速度改变量的方向相同。加速直线运动，加速度的方向与速度方向相同；减速直线运动与速度方向相反。加速度的方向与速度改变量的方向相同。加速直线运动，加速度的方向与速度方向相同；减速直线运动与速度方向相反。师：引导学生阅读书本，知道加速度也分为平均加速度和瞬时加速度，并且加速度保持不变的运动叫匀变速运动。引导学生阅读P30页表格上所列的加速度，对其中一些数值进行分析，一定要结合物理意义及方向来巩固以上内
25、容。（继续例举一些有趣的实用的例子加以介绍，以激发同学们学习物理的热情）对加速度a的进一步认识：3、课堂练习、课堂练习1物体的速度变化越大，则物体加速度就越大。（错。结合前面小黑板所举的例子，比较乙与丙可知此结论不对。）2物体的速度很大时，加速度不可能为0。（错。结合小黑板所举的例子，如丁，虽然飞机速度很大，但加速度却为0）3物体的加速度在减小，而速度可能在增加。师：对于第3题，结论是对的，同学们一时可能很难理解，举这样的例子进行类比。例如：每个人从出生的那天身高是逐渐增加的，随着年纪的增加，身高增加的幅度越来越小，但是身高是越来越高的。生：身高一直在增加，增加的程度在变小。师：“增加的幅度”相当于加速度，“身高”相当于物体的速度，加速度在减小时，速度反而有可能在增加，以后在学过动力学知识后，对此会有更深的了解。5、课堂小结、课堂小结通过本节的学习，我们要牢牢理解加速度和速度的区别，在于意义不同，前者是描述速度改变的快慢；后者是描述运动快慢。对于直线运动，计算时一般要规定初速度的方向为正方向，把方向用正负号来表示，便于进行矢量运算，那么加速度的方向才不会出现错误。
