第九章 第二节 库仑定律-2020-2021学年高中物理同步备课学案（2019人教版必修第三册）

第2节　库仑定律

知识点归纳

知识点一、点电荷

(1)概念：当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、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做带电的点，叫做点电荷。

(2)带电体视为点电荷的条件：带电体的形状和大小及电荷的分布对电荷间的作用力的影响很小，可以忽略。

知识点二、库仑定律的理解

1．适用条件：适用于真空中的点电荷．

真空中的电荷若不是点电荷，如图所示．同种电荷时，实际距离会增大，如图(a)所示；异种电荷时，实际距离会减小，如图(b)所示．

2.对公式F＝k的理解:其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量。设想当r→0时,得出F→∞的结论．从数学角度这是必然的结论，但从物理的角度分析，这一结论是错误的，其原因是，当r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，何况实际的电荷都有一定的大小和形状，根本不会出现r＝0的情况，也就是说，在r→0时不能再用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．

3．计算库仑力的大小与判断库仑力的方向分别进行．即用公式计算库仑力的大小时，不必将电荷q1、q2的正、负号代入公式中，而只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小，力的方向根据同种电荷相斥、异种电荷相吸加以判断即可．

4．式中各量的单位要统一用国际单位，与k＝9.0×109 N·m2/C2统一．

5．如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，可由静电力叠加的原理求出合力．

6．两个点电荷间的库仑力为相互作用力，同样满足牛顿第三定律.

知识点三、对点电荷的正确理解

1．概念辨析

2．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小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况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，这时把带电体看成点电荷。

知识点四、库仑定律的理解和应用

1．库仑定律只适用于计算真空中两个点电荷间的相互作用力；空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑定律计算。

2．两个导体球，球心之间的距离为r。由电荷在导体球上的分布可知，两球带同种电荷时F<k，两球带异种电荷时F>k。

3．应用注意

(1)应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中算出力的大小，力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则另行判断。

(2)各物理量要统一用国际单位，只有采用国际单位时，k的值才是9.0×109 N·m2/C2。

(3)库仑力具有力的一切性质，可以与其他力合成、分解，可以与其他力平衡，可以产生加速度，两点电荷间的库仑力是一对相互作用力，遵从牛顿第三定律。

知识点五、库仑力的叠加

1．关于库仑力的计算

确定库仑力的基本环节有：

(1)明确研究对象q1、q2，特别是电性和电荷量的关系；

(2)明确q1、q2之间的距离r；

(3)根据库仑定律F＝k列方程；

(4)根据同种电荷相斥，异种电荷相吸确定力的方向。

2．与库仑力相关的学科内综合问题

库仑定律给出了两个点电荷作用力的大小及方向，库仑力毕竟也是一种力，同样遵循力的合成与分解法则，遵循共点力平衡条件、牛顿运动定律等力学基本规律，因此，处理库仑力问题实际就是力学规律方法的合理迁移。

知识点六、三个点电荷如何在一条直线上平衡

当三个共线的点电荷在库仑力作用下均处于平衡状态时．

1．三个电荷的位置关系是“同性在两边，异性在中间”．如果三个电荷只在库仑力的作用下且在同一直线上能够处于平衡状态，则这三个电荷一定有两个是同性电荷，一个是异性电荷，且两个同性电荷分居在异性电荷的两边．

2．三个电荷中，中间电荷的电荷量最小，两边同性电荷谁的电荷量小，中间异性电荷就距离谁近一些.

典例分析

一、库仑定律的理解

例1  对于库仑定律，下面说法正确的是(　　)

A．库仑定律适用于真空中两个点电荷之间的相互作用力

B．两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律

C．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等

D．当两个半径为r的带电金属球中心相距为4r时，对于它们之间的静电力大小，只取决于它们各自所带的电荷量

解析　由库仑定律的适用条件知，选项A正确；两个小球若距离非常近则不能看作点电荷，库仑定律不成立，B项错误；点电荷之间的库仑力属作用力和反作用力，符合牛顿第三定律，故大小一定相等，C项正确；D项中两金属球不能看作点电荷，它们之间的静电力大小不仅与电荷量大小有关，而且与电性有关，若带同种电荷，则在斥力作用下，电荷分布如图(a)所示；若带异种电荷，则在引力作用下电荷分布如图(b)所示，显然带异种电荷时相互作用力大，故D项错误．综上知，选项A、C正确．