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2节 库仑定律 第9章 电荷之间的作用力 01 库仑的实验 02 目 录 CONTENTS 静电力计算 03 新课引入 思考： 1.小球A与小球C间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ 2.在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？ 3. 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 电荷之间的作用力： （1）随距离的增大而减少； （2）随电荷量的增大而增大。 新课引入 电荷之间的作用力会不会与万有引力 具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力， 会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？ 一、电荷之间的作用力 一、电荷之间的作用力 卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。 库仑 一、电荷之间的作用力 1.库仑定律 （1）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。 电荷之间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力 二、库仑的实验 国际单位制中，电荷量单位是库伦（C）、力的单位是牛顿（N）距离单位是米（m）K值由实验测定 静电力常量 （2）表达式： （3）适用条件：①真空 ②静止点电荷 二、库仑的实验 （4）相互作用力的方向 ：在它们的连线上（如图）。 + + q1 q2 r — — F斥 F斥 F斥 F斥 + — F引 F引 注意： ①计算时只代电荷量的绝对值； ②需通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力的方向。 一、电荷之间的作用力 当带电体间的距离比它们自身的大小大的多，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可视为点电荷。 2.点电荷 （1）理想化的模型，实际上是不存在的。 （2）均匀带电的球体,由于球所具有对称性,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。 二、库仑的实验 二、库仑的实验 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 器 材 组 成 二、库仑的实验 实验原理： A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系. 实验方法：控制变量法 二、库仑的实验 ①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。 ②把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。 ③将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。 ④保持A、C的电量不变，改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离r的关系。 实验步骤： （1）探究F与r的关系 二、库仑的实验 ①使一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为 ······ ②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变A、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。 （2）探究F与q的关系 实验步骤： 二、库仑的实验 1、当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2 2、当之间距离不变时，F与 、 的乘积成正比 结论： 二、库仑的实验 三、静电力计算 三、静电力计算 1.库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。 2.对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。 3.库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。 4.库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 静电力的理解 三、静电力计算 例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 微观粒子间的万有引力远小于库仑力，所以在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力忽略不计。 解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19c 三、静电力计算 同一直线上三个点电荷平衡问题 　例2、如图所示，带电荷量分别为＋q 和＋4q 的两点电荷A、B，相距L，在何处放置点电荷C，才能使C 处于平衡状态？ 同一直线上三个点电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。 三、静电力计算 例3、真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10-6 c,求：Q3所受的库仑力。 Q2 Q1 Q3 解：受力分析，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 F1 F2 F 根据平行四边形法则： 合力的方向沿Q1、Q2的连线的垂直平分线向外 30。 课堂小结 电荷 库仑定律 理想 模型 点电荷 表达式 k为静电力常量 大小 方向判断 扭秤实验 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。 内容 真空中、静止的、点电荷 条件 课堂练习 1.关于库仑定律，下列说法正确的是（　　） A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体 B．根据，当两个带电体间的距离趋近于零时库仑力将趋向无穷大 C．带电荷量分别为3Q和Q的点电荷A、B相互作用时，A受到的静电力是B受到的静电力的3倍 D．库仑定律的适用条件是：在真空中静止的点电荷 【正确答案】D 课堂练习 2.如图所示，用绝缘细线悬挂的两个带电小球A、B（可视为点电荷）处于静止状态，电荷量分别为qA、qB，间距为L。则B对A的库仑力为（       ） A． ，方向由A指向B B． ，方向由B指向A C． ，方向由B指向A D． ，方向由A指向B 【正确答案】A 课堂练习 D 课堂练习 感谢观看 Lavf58.12.100 3．相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是（　　） A．－q，在A左侧距A为L处 B．－2q，在A左侧距A为 处 C．＋2q，在B右侧距B为 处 D．＋4q，在B右侧距B为L处 【答案】D 【详解】因为点电荷A、B带异种电荷，如第三个点电荷放在中间位置，受到电场力同向，不可能为零，所以不符。又因为点电荷A所带电量大，根据库仑力公式 可知第三个点电荷应放在靠近带电量小的一侧，设在B右侧距B为 ，对第三个点电荷进行受力分析有 解得 再对点电荷B进行受力分析有 解得 点电荷B受到A的库仑力向左，所以第三个点电荷对点电荷B库仑力向右，所以带正电。 故选D。 $$