9.2 库仑定律 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第二节 库仑定律 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小取决于哪些因素呢？ 1.可能跟电荷电量有关 猜想： 2.可能与两个电荷间的距离有关 一、电荷之间的作用力 探究影响电荷间相互作用力的因素 一、电荷之间的作用力 力F随着电荷距离r的增大而减小，随着电荷量q的减小而减小。 结论 一、电荷之间的作用力 定量实验——1.研究的历程 二、实验探究 普利斯特利 富兰克林 库仑 卡文迪什 卡文迪什扭秤实验 普利斯特利通过类比，认为电力与万有引力具有一样的特性。卡文迪什也得出同样的结论。 库仑通过直接测量，寻找电力规律。 遇到困难 电荷量无法直接测量 距离不便测量 微小力不易测量 定量实验——2.库仑的实验 库仑做实验的装置—库仑扭秤 平分电荷量 放大微小力 等倍改变距离 C 突破方法 细银丝 平面镜 平衡小球B 带电小球C 带电小球A 库仑的实验 （1）电荷量q不变，探究作用力F与距离r的关系 实验探究： 在误差允许的范围内，电荷间相互作用力与两带电体间距离的平方成反比。 实验探究： （2）距离r不变，探究作用力F与电荷量q的关系 在误差允许的范围内，电荷间相互作用力与两带电体电荷量乘积成正比。 内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上. 一、库仑定律 １、电荷间相互作用力F叫做静电力或库仑力. 2、大小： k=9.0×109N·m2/C2 其中K:静电力常量 3、方向： 4、适用条件： ⑴真空(空气中近似成立) ⑵静止的点电荷 计算时，若电荷是负电荷只需它的绝对值代入 在两电荷的连线上,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引. 二、点电荷 (有电量,没大小的点) 1、带电体本身的线度远小于它们之间的距离,带电体本身的大小，对讨论问题影响甚小，可把带电体视为一几何点，称为点电荷。 2、点电荷是一个理想化的模型。 3、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。 1、下面两个靠近的带电球体，是否可以看出是集中在球心位置的点电荷？ （2）如果是两个球形带电导体 （1）如果是两个电荷分布均匀的带电球体 可以(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。) 不可以 想一想 2、根据库仑定律的表达式知，当r→0时，是否有F→∞？ 不是，公式不适用了。 同种电荷电荷分布在金属球外侧 异种电荷电荷分布在金属球内侧 思考：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况? +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 拓展思考 物体间静电力大吗？ ★★两个导体球，球心之间的距离为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图所示，两球带同种电荷时F< ，两球带异种电荷时，F > 。 总 结 【例题】已知氢核（质子）质量为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5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。 【解析】库仑力大小: 万有引力大小: 三、静电力与万有引力的比较 万有引力定律 库仑定律 不同点 只有引力 既有引力又有斥力 天体间表现明显 微观带电粒子间表现明显 都是场力 万有引力场 电场 公式 条件 两质点之间 两点电荷之间 1. 库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。 2. 库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。 静电力与万有引力 【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，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。 q1 q2 q3 ＋ ＋ ＋ 四、多个点电荷的作用力 两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。 多个点电荷对同一点电荷的作用力等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。 【解析】q3 共受 F1 和 F2 两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间的距离 r 都相同 , 所以 根据平行四边形定则，合力是: 合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。 ②任何两个电荷之间的库仑力不因其他电荷存在而受影响 ③任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力 ④几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则 ①任意两个电荷间都存在一对库仑力，