9.2库仑定律-2023-2024学年高二物理同步考点剖析讲义（人教版2019必修第三册）

9.2 库仑定律 知识点1：探究电荷间相互作用力的影响因素 （1）实验原理：如下图受力分析所示，F＝mgtanθ ，F随θ变大（小）而变大（小）。 （2）实验操作：①保持带正电的小球电荷量不变，改变悬点位置（先后挂在P1、P2、 P3位置），从而改变小球间距r，观察夹角θ变化情况，探究电荷间作用力与距离的关系；②保持悬点位置不变，改变带正电的小球的电量q，观察夹角θ变化情况，探究电荷间作用力与电荷量的关系。 （3）实验现象：q不变，r变大（小），θ变小（大）；r不变，q变大（小），θ变大（小）。 （4）实验结论：电荷间的作用力与距离有关，与电荷量有关。 电荷间相互作用力的影响因素 1．如图所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3等位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小。这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来。若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示。则以下对该实验现象的判断正确的是（　　 ） A. 保持Q、q不变，增大d，则θ变大，说明F与d有关 B. 保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比 C. 保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关 D. 保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比 2．如图所示，一带正电的物体位于M处，用绝缘丝线系上带正电的小球，分别挂在P1、P2、P3的位置，可观察到小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度不同．关于此实验得出的结论，下列说法中正确的是（　　） A. 电荷之间作用力的大小与两电荷的带电性质有关 B. 电荷之间作用力的大小与两电荷间的距离有关 C. 电荷之间作用力的大小与两电荷所带的电量无关 D. 电荷之间作用力的大小与丝线的长度有关 知识点2：库仑实验 （1）实验装置：如下图分析所示。 （2）实验原理：带电小球A与C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系。 （2）实验操作：①改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，然后找出力F与距离r的关系；②改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，然后找出力F与电荷量q之间的关系。 （3）实验现象：q不变，r变大（小），θ变小（大）；r不变，q变大（小），θ变大（小）。 （4）实验结论：当电量不变时，力F与距离r的二次方成反比，即F∝；当距离不变时，力F与q1和q2的乘积成正比，即F∝q1q2。 库伦实验-静电力常量 3．学习物理要理解和掌握物理问题中蕴含的思想和方法，下列说法正确的是（　　） A．图甲所示的“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，运用了等效替代的思想 B．图乙所示的“探究平抛运动规律”实验中，运用了极限的思想 C．图丙所示的“探究向心力大小与质量、角速度、轨道半径的关系”实验中，运用了类比法 D．图丁所示的“利用库仑扭秤装置探究库仑力”实验中，运用了微元法 4．利用图所示的扭秤装置研究“点电荷之间的相互作用规律”的科学家是（　　） A．伽利略 B．牛顿 C．爱因斯坦 D．库仑 知识点3：库仑定律 （1）电荷之间的作用力 ①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。这个规律叫做库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫做静电力（electrostatic force）或库仑力。 ②库仑力的表达式：F＝k，其中k叫静电力常量。该常量的确定方法：在公式中的各物理量都采用国际单位时，k＝9.0×109N·m2/C2。q1、q2为点电荷电量，r是指两点电荷之间的距离。 ③方向：在两点电荷的连线上，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 ④适用条件：真空中静止的点电荷。注意：一般在空气中也近似成立。 ⑤库仑力的计算方法：先计算大小（代入电荷量q1、q2的绝对值）；再判断方向（同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引）。 ⑥多个点电荷库仑力的分析：对于多个点电荷，其中每一个点电荷所受的总的库仑力等于其它点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。 ⑦库仑力是电荷之间的一种相互作用力，具有自己的特性，对物体的平衡和运动起着独立的作用，因此受力分析时不能漏掉。 ⑧库仑定律即适用静止电荷也适用运动电荷。 ⑨不能根据F＝k推出当r→0时，F→∞的结论，原因是当r→0时，两带电体已不能看做点电荷，该公式已经不再适用，况且实际电荷还有一定的线度。 ⑩对于两个均匀带电绝缘球体，可以将其视为电荷集中于球心的点电荷，r为两球心之间的距离；对于两个带电金属球，要考虑金属球表面电荷的重新分布。 ▲由公式F＝k可以得出当r及q1+ q2一定的条件下，当q1＝q2时，F最大。 （2）库仑定律与万有