1.2库仑定律-2022-2023学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019必修第三册）

高中物理必修三 第一章 静电力与电场强度 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理组 第2节 库仑定律 鲁科2019 将充气后的气球在头发上摩擦后靠近金属筒，金属筒会向气球移动方向滚动。 说明： 金属筒受到了气球的引力。 金属筒与气球的引力是什么力，怎样产生的呢？ 气球在头发上摩擦 气球带上了电 靠近金属筒 摩擦生电 静电感应 金属筒也带上了电 － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 金属筒与气球的引力实际上是电荷之间的相互作用力 静电力 1、静电力 电荷之间存在着相互作用力。这力我们称之为静电力。 那么静电力的大小跟那些因素有关呢？ 2、静电力大小与哪些因素有关？ 2、静电力大小与哪些因素有关？ 从实验可知：两电荷间作用力的大小 （1）电荷量的大小 （2）电荷之间的距离 随带电体的带电量的增大而增大，随带电体之间距离的增大而减小。 实际研究表明： 带电体之间的相互作用力还与带电体的形状、带电体的大小、电荷的分布、等因素有关。 当两个带电体之间的距离比它们自身的尺度大得多时，带电体的形状、大小、和电荷分布对静电力的影响就小到可以忽略不计。 研究又发现： 点电荷 3、点电荷 （1）只有电荷量而无形状大小的带电体，即带有电荷的点； （2）是一种理想的模型，自然界中并不存在； （3）能不能将带电体视为点电荷，取决于研究的问题和精度的要求 ，与带电体的形状大小无关。 例：下列哪些物体可视为点电荷（ ） A、电子和质子在任何条件下都可视为点电荷； B、均匀带电的绝缘体在计算电荷间作用力时可视为点电荷； C、带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷； D、带电的金属球一定不能视为点电荷 法国物理学家库仑，通过牛顿万有引力定律的类比推理和做了大量实验研究,于1785年利用精心设计的“扭称实验”发现了计算两个点电荷之间作用力大小的规律——“库仑定律”。 库仑 库仑扭秤 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相斥，异种电荷相吸。 电荷间相互作用力叫做静电力也叫库仑力. 适用范围：1.真空中（空气中也适用）； 2.点电荷. 式中K叫静电力常量，当各物理量均取国际制单位k=9.0×109N·m2/C2 方向：同性相斥,异性相吸.在电荷连线上。 4、计算真空中两个点电荷的作用力大小——库仑定律 库仑定律可表示为： 库仑定律 由库仑定律可知： 若两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m，产生的库仑力是9.0×109N，可见库仑是一个非常大的电荷量单位。 通常情况下：梳子摩擦时产生的电荷量数量级为10－7C，一片雷雨带电的电荷量为几十库仑。 例：比较电子和质子间的静电引力和万有引力. 氢原子核只有一个质子，核外有一个电子绕核旋转，如图所示。已知轨道半径 r = 5.3×10-11 m；电子的电荷量大小 e = 1.60×10-19 C，质量 m1 = 9.10×10-31 kg；质子电荷量的大小与电子的相同，质量 m2 = 1.67×10-27 kg。求电子与质子之间的静电力和万有引力的大小。根据计算结果你可以得出什么结论？ 解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19C 可见,微观粒子间的万有引力小于库仑力,因此在研究微观带电粒子相互作用时,可以把万有引力忽略掉。 例：真空中相距为r的两个点电荷，一电荷量为2Q，另一带-Q，相互作用的静电力大小为F． 1、两电荷间的作用力是引力还是斥力？ 2、若将它们接触后再放回原处，其余条件不变，则它们之间的作用力变为多大？ 解： （1）引力 （2）接触后电荷均为Q/2 例：如图所示，一个挂在绝缘细线下端带正电的小球B静止在图示位置，若固定的带正电小球A的电荷量为Q，小球B的电荷量为q、质量为m，θ=30°，小球A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中，求小球A、B间的距离r. （A、B均可视为点电荷） r Q q 【解析】 设细线对小球B的拉力为T，小球A、B间的库仑力为F，对小球B进行受力分析如图知 mg T F 4、多个点电荷间的作用力 对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和，这个结论称静电力叠加原理。 真空中有三个点荷固定在一个等边三角形的三个顶点，三角形的边长l=50cm。已知q1=3.0×10-6C,q2=-3.0×10-6C, q3=-5.0×10-6C,求q3所受的静电力。 解： 方向水平向右 例：两个电荷量分别为Q和4Q的负点电荷a、b，在真空中相距为l，如果引入另一点电荷c，正好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定点