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

2 库仑定律 第九章 静电场及其应用 1 问题 实验探究：先让感应起电机起电，然后让泡沫球与感应起电机的一球相接触，泡沫球充电后弹开，然后再让泡沫球远离，观察细线倾角的变化，观察有什么现象产生？ 那么带电体相互吸引和排斥的力有多大？猜想一下带电体间的作用力与哪些因素有关呢？它们有怎样的定量关系呢？ 小窗口播放 猜想：卡文迪什和普利斯特利猜想电荷之间的力可能与电量成正比，与距离的平方成反比。 1.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. 库仑设计了一个十分精妙的（扭秤实验）, 力与电荷量的定量关系、力与距离的定量关系，于1785年提出库仑定律。 一、电荷之间的作用力 2.静电力:电荷间相互作用的力F叫做静电力或库仑力. 那么，什么是点电荷呢？ 在研究带电体间的相互作用时，当带电体之间的距离远大于它们本身的大小，以致带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间的相互作用力没有影响或影响甚小时，带电体就可以看作一个带电的点，并称它为点电荷。但点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。 3.点电荷：只有电荷量而没有大小的点。 1.库仑的实验 （1）库仑扭秤：库仑做实验用的装置叫做库仑扭秤。如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡。当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。 二、库仑的实验 (2)实验步骤： ①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，便可找出力F与q之间的关系 (3)实验结论： ①力F与距离r的二次方成反比，即 ; ②力F与q1和q2的乘积成正比，即 . 实验视频 小窗口播放 2.库仑定律表达式 k=9.0×109N·m2/C2 3.静电力常量 适用条件：（1）真空中； （2）点电荷. 思考：在库仑定律中，当r→0时，两个电荷间的作用力F→∞，这种说法正确吗？ 这是没有物理意义的。因为这时的两个带电体已不能看作点电荷，不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力。 例题1.已知氢核的质量是1.67×10-27kg，电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力。 2.库仑力的叠加 库仑力是矢量，当空间存在几个点电荷时，某一点电荷受到的的库仑力等于每个点电荷单独对这个点电荷的库仑力的矢量和。 q1 q3 q2 F1 F2 F 1. 库仑力和万有引力虽然形式上非常类似，但性质不同，数量级也不同。在分析微观粒子的相互作用力时可忽略万有引力。 三、静电力计算 3.库仑定律虽然只给出了点电荷之间的静电力公式，但是任一带电体都有可以看作是由许许多多点电荷组成的。只要知道了带电体上的电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成法则，就可以求出任意带电体之间的静电力。 例题2.真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+2×10-6C，求它们各自所受的库仑力。 q1 q3 q2 F1 F2 F 解：三个点电荷的受力情况都相同，以q3为例 q3受到大小相同的库仑力F1和F2 方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外 真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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. 3.适用条件： 4.点电荷： k=9.0×109N·m2/C2 2.公式： 1.内容： ⑴ 真空（空气中近似成立） ⑵ 点电荷 是一种理想模型，带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可以忽略不计时，带电体可视为点电荷. 知识小结 Thank You ! Lavf57.83.100 $