第九章 第2节 库仑定律-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第2节 库仑定律 课程标准 核心素养 1．知道点电荷模型。 2．知道两个点电荷间相互作用的规律。 3．体会探究库仑定律过程中的科学思维方法 1．物理观念：知道点电荷的概念，理解库仑定律的内容、公式及适用条件。 2．科学思维：能熟练运用库仑定律进行计算，能够解决现实生活中的问题 　高效导学01步　预习新知，落实必备知识 一、电荷之间的作用力 1．实验探究 (1)带电小球由于受到带电体对其作用力而使丝线偏离竖直方向θ角。 (2)在电荷量不变的情况下，小球离带电体越近，角度θ越大，离带电体越远，角度θ越小。 (3)在距离不变的情况下，带电体电荷量越大，角度θ越大，电荷量越小，角度θ越小。 (4)结论 影响两电荷之间相互作用力的因素：距离、电荷量。电荷间的相互作用力随带电体间距离的减小而增大，随带电体所带电荷量的增加而增大。 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 电荷之间的相互作用力，也叫库仑力。 4．点电荷 (1)定义：可以抽象成一个几何点的带电体。 (2)条件：①带电体之间的距离远大于带电体自身体积。 ②带电体的大小、形状和电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略。 (3)特点 ①点电荷是一种理想化的物理模型，与力学中的质点模型一样，实际生活中并不存在。 ②带电体能否看成点电荷与研究的问题有关，在不同的环境中，同一个带电体有时可以看作点电荷，有时则不能。 二、库仑的实验 1．实验装置 　 2．实验步骤 (1)改变A和C之间的距离，记录每次扭丝扭转的角度，便可找出力F与距离r的关系。 (2)改变A和C的带电荷量，记录每次扭丝扭转的角度，便可找出力F与带电荷量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F∝。 (2)力F与电荷量q1和q2的乘积成正比，即F∝q1q2。 4．库仑定律表达式：F＝k，其中静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2。 三、静电力计算 1．两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 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。 【概念辨析·试身手】 (1)电荷之间的作用力一定和电荷间的距离成反比。(　×　) (2)只要是点电荷间的作用力就可以用库仑定律求解。(　×　) (3)任何带电体都可以看成点电荷。(　×　) (4)点电荷所带电荷量一定是元电荷的整数倍。(　√　) (5)静电力常量的数值是由实验得出的。(　√　) 　高效导学02步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 库仑定律的理解和应用 【要点培优】 1．库仑定律的适用条件：(1)真空；(2)静止点电荷。 这两个条件都是理想化的，在空气中库仑定律也近似成立。 2．当两个带电体相距很近时，库仑定律不再适用。 3．库仑力是矢量，遵守矢量合成规律，遵循平行四边形定则。 4．静电力方向判断：在两电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。 5．库仑定律与万有引力定律的比较 (1)库仑定律和万有引力定律都遵从与距离的二次方成反比规律，人们至今还不能说明它们的这种相似性。 (2)两个定律列表比较如下 定律 万有引力定律 库仑定律 公式 F＝G F＝k 产生原因 只要有质量，就有引力，因此称为万有引力，两物体间的万有引力总是引力 存在于电荷间，两带电体的库仑力由电荷的性质决定，既有引力，也有斥力 相互作用 吸引力与它们质量的乘积成正比 库仑力与它们电荷量的乘积成正比 相似点 ①遵从牛顿第三定律 ②与距离的二次方成反比 ③都有一个常量 (3)对于微观的带电粒子，它们之间的库仑力要比万有引力大得多。电子和质子的静电引力F1是它们间万有引力F2的2.3×1039倍，正因如此，以后在研究带电微粒间的相互作用时，可以忽略万有引力。 [想一想] (1)根据公式F＝k，当两个电荷之间的距离r→0时，两电荷之间的库仑力F→∞。此说法对吗？为什么？ 提示：不对。因为当两个电荷之间的距离r→0时，两个电荷已经不能看作点电荷，公式F＝k不再适用。 (2)我们已经知道，电荷量分别为q1、q2的两个点电荷的距离为r时，它们之间的静电作用力F＝k，其中k为静电力常量。当q1和r一定时，F与q2之间的关系可用图中的哪条图线表示？ 提示：根据静电力表达式可知，当q1 和r一定时F＝k＝Cq2，其中C＝k，故F与q2成正比，图线为过原点的直线，故为c线。 【应用培优】 [例1] 直到库仑定律发表的时候，电学才进入科学的行列。下列关于库仑定律的理解，正确的是(　　) A．库仑定律在任何情况下都适用 B．当距离趋近于零时，两带电小球间的库仑力为无穷大 C．静电力常量没有