9.2 库仑定律 课件-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第三册

库仑定律 郭雪鹏 临泉一中 2 2 电荷间存在电作用力.电荷间的作用力遵循什么规律？方向？大小与哪些因素有关？ 你认为电荷间的作用力与哪些因素有关？你是如何作出猜测的？ 2 一、电荷之间的作用力 模拟实验 问题：电荷间的作用力与距离有何关系？你是如何分析的？ 3 ＋ α mg T F tanα = F mg 3 18世纪中叶以后，不少学者对电荷间的相互作用力规律进行了猜测和实验探索. 当时的电学家米谢尔、普里斯特利、卡文迪许和库仑等人类比万有引力定律猜测电力亦遵循平方反比定律. 法国科学家库仑通过精妙的扭称实验证明电力遵循平方反比定律. 4 约1750年，德国柏林科学院院士爱皮努斯发现两带电体之间的距离缩短时，两者之间的吸引力或排斥力明显增加，但没有继续研究下去. 大约1760年，丹尼尔·伯努利从牛顿力学自然观出发，猜测电力与万有引力类似，服从平方反比定律.其想法具有一定的代表性，引力平方反比定律早已确立，对人们的自然观具有深刻的影响。 5 普里斯特利的贡献 普里斯特利是英国著名物理学家，氧的发现者，第一个提出电力与距离平方成反比。1767年出版《电学的历史和现状及其原始实验》，是科学史上的第一部电学史，总结了前人和当时重要的电学发现。 普里斯特利在研究富兰克林的一个实验中提出了电力平方反比律。 6 富兰克林发现将一个木心球悬吊在一个带电的罐头盒中，木心球不受电荷的作用力。 富兰克林将此现象写信告知普里斯特利.普里斯特利使一个空腔金属容器带电，发现容器内表面没有电荷，对于金属容器对于放在其内部的电荷没有作用力. 7 普里斯特利根据牛顿力学原理认为， “难道我们不能从这个实验推出这样的结论，即电吸引力作用服从于与万有引力相同的定律，从而也就是服从距离平方的反比定律吗?因为假如地球像一个壳体那样，就不难证明在它里面的物体受到一边的吸引不会大于来自另一边的吸引” 《电磁学发展史》宋德生，李国栋著.第65页. 8 命题70 定理30 如果指向球面每一点的相等的向心力随到这些点的距离的平方减小，则该球面内的小球将不会受到这些向心力的吸引. 《自然哲学之数学原理》牛顿.北京大学出版社,第126页. 9 I H P K L ∠IHP=∠KLP同一弦IK所对应的两个圆内接三角形的两个角相等 9 二、库仑的实验 在库仑时代，电荷量单位还未确立，无法通过实验研究静电力与电荷量之间的关系. 一个带电金属小球与另一个完全不带电的相同金属小球接触，前者的电荷量分给后者一半.多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为 q/2、q/4、q/8…… 10 库仑假设电荷间作用力与电荷量乘积成正比，这种关系是显然的，无须加以证明，如同引力与质量乘积成正比. 库仑通过扭称实验严格地证明了电力与距离平方成反比关系。 11 12 类比方法的应用 13 库仑定律 万有引力定律 q1q2 m1m2 r2 r2 带电球壳对内部电荷没有电力 球壳对内部物体吸引力为零 库仑类比万有引力定律与质量乘积成正比，认为电力与电荷的乘积成正比，认为“假说的前一部分无需证明”. 电力与距离的平方成反比也受到万有引力的启发.带电球壳对内部电荷没有电力作用、电荷分布在外表面和球壳对内部物体没有引力都强烈启发了当时的电学家。 当时的科学家把引力定律和超距作用的哲学自然观用于电学和磁学。 13 三、静电力的计算 库仑定律 k=9.0×109N·m²/C² 14 + + r q1 q2 F F + - 适用条件：真空、静止、点电荷 点电荷是理想化的物理模型。当带电体间的距离远大于带电体自身尺度，带电体的形状、大小和电荷分布对电作用力影响可以忽略不计，带电体可视为点电荷. 思考与讨论：①视为点电荷的带电体体积很小吗? ②点电荷是球形形状吗？ ③当r→0，F→∞.这种认识正确吗?和同学分享你的观点. 15 叠加原理 两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变.两个或两个以上点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作用力的矢量和. 16 + + + F1 F2 F 例1 计算质子与电子间的静电力与万有引力的比值. 解：mp=1.67×10-27kg，me=9.1×10-31kg. 17 例2 两个带正电Q的点电荷位于x轴上(-a,0)和(a,0).另一正点电荷q位于(0,y)处，求库仑力. 18 q Q Q x y 19 y F q Q Q F 课堂练习1 两点电荷带电分别为+Q和-Q，位于(-a,0)和(a,0).求位于(0,y)处点电荷q所受的静电力大小和方向；定性画出电力与y的关系图像. 20 课后练习2 1.电荷量均为Q的四个点电荷位于边长为a的正方形四个顶点，点电荷q受到的静电力. 2.半径为R的均