9.2库仑定律-2023-2024学年高二物理素养提升学案（人教版2019必修第三册）

高中物理必修三素养提升学案 第九章 静电场及其应用 第2节　库仑定律 【学习目标】 1.通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系。 2.明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件。 3.了解库仑扭秤实验。 4.掌握库仑定律的文字表达及公式表达。 【科学素养要求】 1.物理观念 (1)知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件。 (2)理解库仑定律的内涵。 2.科学思维 (1)知道库仑定律的适用条件。 (2)能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力。 (3)会利用力的合成知识解决多个电荷间的相互作用问题。 3.科学探究 通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 4. 科学态度与责任 (1)体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法。 (2)体会物理学的和谐统一之美，提高学习物理的兴趣。 【自主预习】 1.自然界中存在　　　　、　　　　两种电荷,同种电荷　　　　,异种电荷　　　　。  2.万有引力定律的公式　　　　,其中引力常量为　　　　。  【知识点探究】 知识点一　电荷之间的作用力 1．库仑定律 (1)内容：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。 (2)公式：F＝k，其中k＝9.0×109N·m2/C2，叫作静电力常量。 (3)适用条件：①真空； ②静止点电荷。 2．点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、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，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 【温馨提示】点电荷是一种理想化模型，是特殊的带电体，实际中并不存在。 知识点二　库仑扭秤实验 1．实验装置：库仑扭秤(如图所示)。 2．实验技巧 (1)将微小量放大——通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小。 (2)电荷量的确定——库仑运用把一个带电小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半的方法，把带电小球的电荷量q分为、、、…，巧妙地解决了当时小球带电荷量不能测量的问题。 3．实验方法：控制变量法、微小量放大法。 4．实验步骤 (1)保持A和C的电荷量不变，改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r之间的关系。 (2)保持A和C之间的距离不变，改变A和C的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系。 5．实验结论 (1)两小球上的电荷量不变时，力F与距离r的二次方成反比，F∝。 (2)两小球间的距离不变时，力F与电荷量q1和q2的乘积成正比，F∝q1q2。 (3)综合结论：F∝或F＝k。 知识点三　静电力计算 1．两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 2．两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点电荷的作用力的矢量和。 【课堂探究】 1.[实验演示]演示维氏起电机,回答问题。 观察现象:同种电荷相互　　　　,异种电荷相互　　　　。  提出问题:电荷间的相互作用力遵循什么规律? 大胆猜想:影响电荷间相互作用力的因素有　　　　　　　　　　　　。  2.[定性探究]如图所示,探究影响电荷间相互作用力的因素 表1 操作 现象 结论 保持　 不变减小　　　　  悬线与竖直方向的夹角　　　  两球间作用力随　　　　的减小而　　　　  保持　　　　不变减小　　　　  悬线与竖直方向的夹角　　　  两球间作用力随　　　　的减小而　　　　  　　3.[定量探究] 表2电荷间作用力F与电荷量q1的关系 电荷电荷量q1 q1 q1 q1 q1 q1 作用力F/9.8×10-3 N 　　在误差允许范围内,电荷间作用力F与　　　　成正比,即F∝　　　　。  表3电荷间作用力F与电荷间距离r的关系 电荷间距离r/m 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 /m-1 33.33 25.00 20.00 16.67 14.29 12.50 /m-2 1 111 625 400 278 204 156 作用力F/9.8×10-3 N 在误差允许范围内,电荷间作用力F与　　　　成反比,即F∝　　　　。  4.[数理推演] 结合牛顿第三定律,F∝　　　　。  综合以上结论,F∝　　　　。改写为等式,F=　　　　。  5.[形成理论]真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的　　　　　　成正比,与它们的　　　　　　　　成反比,作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律,电荷间的相互作用力叫作静电力或