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

第九章 静电场及其应用 第 2 节 库仑定律 导 入 新 课 这个力的大小通过什么可以比较出来？用什么实验方法进行研究？ 讲 授 新 课： 一、探究影响电荷间相互作用力的因素 1.实验装置：将带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置 2．实验方法：控制变量法 3．实验操作： （1）保持电荷量不变，改变悬点位置， 从而改变小球间距r，观察夹角θ变化情况， 探究电荷间作用力与距离的关系。 （2）保持悬点位置不变，改变小球带电量q， 观察夹角θ变化情况，探究电荷间作用力与电荷量的关系。 实验设置 C 实验演示 讲 授 新 课： 一、探究影响电荷间相互作用力的因素 实验现象 （1）带电体C与小球间的作用力会随距离的减小而增大； （2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小； 实验结论 电荷间的作用力与距离有关，与电荷量有关。 通过实验，我们定性地认识了电荷之间的相互作用力，如何定量计算这种力呢？ 讲 授 新 课： 一、探究影响电荷间相互作用力的因素 1.库仑定律 法国科学家库仑设计了一个精妙实验（扭秤实验），进行研究，得出规律，即库仑定律： 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。 电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 库仑（1736—1806） 扭秤实验装置 讲 授 新 课： 二、库仑定律 讲 授 新 课： 二、库仑定律 如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状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一个带电的点，叫作点电荷。 （1）点电荷是一个理想化的模型，类似于质点，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。 (带电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体的大小,形状,电荷分布,对库仑力没有影响) 2.点电荷 （1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型 ； （2）电子的带电量等于元电荷，研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。 库仑是通过什么样的实验方法找到电荷间作用力的关系的呢？ 3.点电荷与元电荷区别 讲 授 新 课： 二、库仑定律 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。 B球的作用是使A球 在水平面内平衡 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 1.实验装置 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 实验步骤： 1.探究F与r的关系： (1)把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小。 (2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系。 2.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 实验方法：控制变量法 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 实验演示 A B C + + + + + + + + F F 库仑扭秤模拟实验 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 A + + + + F + + + + B F C B C 力矩平衡：相当于杠杆平衡 α 为了容易改变距离 在顶部可以装旋钮 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 A C + + + + F B + + + + F 根据之前杆子转过角度α和旋钮转过的角度β就可以计算力的大小 β B C 可以验证q不变，F和r的关系 那么如何保持r不变呢? 继续调节旋钮，使小球回到原来位置 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 A C + + + + F B + + + + F γ B C 可以验证r不变，F和q的关系 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 讲 授 新 课：三、库仑的实验 A C Q A 电量均分 A C Q A D 2 Q 条件： 大小、形状、材料等完全相同的小球 结论： 1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝ 2.当之间距离不变时,F与的乘积成正比 F∝ 4.实验现象及结论 讲 授 新 课： 三、库仑的实验 5.库仑定律的表达式： 1、式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / C 2、适用条件 ： ①严格条件：只适用于真空中的两个静止的点电荷。 ②近似条件：空气中两个静止点电荷，也可以应用库仑定律。 3.注意： ①利用库伦定律表达式计算时只代电荷量的绝对值； ②需通过同种电荷相斥、异