第九章 静电场及其应用 2 库仑定律-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（人教版2019）

2.库仑定律 1．了解探究电荷间作用力与电荷量、电荷间距离的关系的过程。2.知道点电荷的概念，理解库仑定律的内容、公式及适用条件。3.了解库仑扭秤实验。4.能应用库仑定律进行静电力的有关计算。 一　电荷之间的作用力 1．点电荷：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。 2．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。 3．静电力：静止电荷之间的相互作用力。也叫作库仑力。 二　库仑的实验 1．库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。 2．实验原理及过程 (1)库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的角度比较静电力F大小的。实验结果发现静电力F与距离r的二次方成反比，即F∝。 (2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个完全相同的金属小球互相接触后，电荷量相等的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比，即F∝q1q2。 3．实验结论：静电力F＝k，式中的k叫作静电力常量。 4．当两个点电荷所带电荷量为同种时，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。 5．在国际单位制中，静电力常量k＝9.0×109__N·m2/C2。 三　静电力计算 1．微观粒子间的万有引力远小于库仑力。在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。 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。 1．判一判 (1)静电力的大小与电性没有关系。(　　) (2)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的静电力大小一定相等。(　　) (3)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算它们之间静电力的大小。(　　) 提示：(1)√　(2)√ (3)×　因为当r→0时两带电小球已不能看成点电荷，库仑定律不再成立。 2．想一想 (1)只有体积很小或电荷量很小的带电体才可以看作点电荷吗？ 提示：不是。一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，与体积大小和电荷量大小无关。 (2)点电荷就是元电荷吗？ 提示：不是。点电荷是一种理想化的物理模型，元电荷是最小电荷量。 探究1　库仑定律　库仑的实验 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：根据图甲实验结果，电荷间的相互作用力大小与电荷间距有什么关系？ 提示：对丝线上的小球受力分析，如图所示，由共点力平衡得：F＝mgtanθ，则θ越大，电荷间的相互作用力F越大。 由图甲知，电荷间距离越近，丝线偏角越大，距离越远，丝线偏角越小，说明了电荷之间的作用力与距离有关，随距离的增大而减小。 活动2：小球悬挂在P1点位置不变，用一个不带电的有绝缘柄的金属小球C多次接触小球再移开(每次接触小球前，C均不带电)，观察到丝线偏角逐次减小，这说明了什么？ 提示：接触带电使得接触后带电小球的电荷量逐次减少，丝线偏角逐次减小，说明电荷之间的作用力与电荷量有关，而且电荷量越大，相互作用力越大。 活动3：类比质点模型，可建立点电荷模型。图乙是库仑做实验探究点电荷之间作用力F与它们的电荷量q1、q2和它们之间距离r的定量关系的实验装置。其中F与q1、q2比较难测量，试回答可以如何测量或定量分析它们的大小？ 提示：图乙中带电金属小球C与A接触再分开后带同种电荷，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离，这时扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过比较悬丝扭转的角度就可以比较F的大小。根据上节学到的两个完全相同的金属小球接触后平分电荷量，就可以将带电小球的电荷量q分为，，，…。 活动4：库仑通过扭秤实验进一步发现F∝，F∝q1q2，试写出电荷之间作用力的数量关系。 提示：由实验结果可知F∝，设k为比例系数，则F＝k。 1．库仑定律 (1)库仑定律内容 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。用公式表达即为F＝k。 (2)库仑定律适用条件 ①真空中；②静止；③点电荷。 以上三个条件是理想化的，在空气中、速度远小于光速、带电体可看作点电荷时库仑定律也近似成立。 (3)静电力的确定方法 静电力的大小计算和方向判断一般分开进行。 ①大小计算：利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。 ②方向判断：利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断。 2．点电荷 (1)点电荷是理想化的物理模型：点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 (2)带电体看成点电荷的条件 一个带电体能否看成点电荷，要看带电体的形状、大小及电荷