9.2 库仑定律 课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第2节 库仑定律 第九章 静电场及其应用 学习目标 1、知道电荷之间产生的静电力的作用是相互的。 2、知道静电力与哪些因素有关。理解库仑定律的内涵和适用条件。 3、知道点电荷的概念和物理意义，以及建立点电荷模型的条件。 4、通过学习库仑定律，体会电荷之间产生的静电力的相互作用观。 5、会用库仑定律计算点电荷间的静电力，会用力的矢量合成的方法解决多个电荷间相互作用力的问题。 带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ 思考与讨论 在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎么样变化？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 3 一、电荷之间的作用力 4 一、电荷之间的作用力 电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？ 结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离 的增大而减小。 一、电荷之间的作用力 事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。 一、电荷之间的作用力 库仑定律： 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。 这个规律叫作库仑定律。 这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 那么，什么是点电荷呢？ 一、电荷之间的作用力 实验事实说明，两个实际的带电体间的相互作用力与它们自身的大小、形状以及电荷分布都有关系。任何带电体都有形状和大小。 当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、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。 一、电荷之间的作用力 对点电荷的理解： （1）点电荷（只有电荷量，没有大小和形状）类似于力学中的质点，也是一种 理想化模型，实际上是不存在的。 （2）均匀带电的球体，由于球所具有的对称性，即使它们之间的距离不是很大， 一般也可以当作点电荷来处理。电荷集中在球心的点电荷。 （3）研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。 （4）点电荷不同于元电荷，点电荷是带电体的理想模型，元电荷是最小的电荷量。 （5）点电荷的带电量可能很大也可能很小，但一定是元电荷的整数倍。 二、库仑的实验 库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。 细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。 二、库仑的实验 方法： 探究F与r的关系： 改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离r的关系。 探究F与q的关系： 改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。 控制变量法、微小量放大法 二、库仑的实验 在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有。 不过两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等，因此，可以断定这两个小球接触后所带的电荷量相等。 这意味着，如果使一个带电金属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。多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为 二、库仑的实验 二、库仑的实验 结论： 当电荷量不变时，力F与距离r的二次方成反比。 当距离不变时，力F与q1、q2的乘积成正比。 二、库仑的实验 式中的k是比例系数，叫作静电力常量。 国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m）。 k的数值是 当两个点电荷所带的电荷量为同种时，它们之间的作用力为斥力；反之，为异种时，它们之间的作用力为引力。 二、库仑的实验 适用条件： 大小： 方向： + + q1 q2 r — — F斥 F斥 F斥 F斥 + — F引 F引 通过同种电荷排斥、异种电荷吸引来判断库仑力的方向。 ①真空中 ②