1.2 库仑定律 课件 -2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

第一章 静电力与电场强度 1.2 库仑定律 鲁科版（2019）高中物理必修第三册 PART.1 PART.2 PART.2 PART.4 新课导入 新课讲解 学习目标 经典例题 目录 CONTENTS PART.2 PART.4 课堂练习 课堂小结 新课导入 如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、 P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ （2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ （1）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？ 学习目标 1. 理解点电荷的概念，知道构建理想化物理模型的作用； 2. 通过对演示实验的观察，了解影响静电力的因素，提高科学探究意识； 3. 掌握库仑定律的内容及其应用，体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法； 4. 了解库仑定律的探索历程，体会库仑扭秤实验设计的实验思想和方法。 电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？最终解决这一问题的是法国科学家库仑。 （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； 实验现象 一、点电荷 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，类似于力学中的质点，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。 一个实际的带电体能否视为点电荷，不仅和带电体本身有关，还取决于研究的问题和精度要求。即使是两个很大的带电体，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状.大小等因素的影响可忽略，也可视为点电荷。 事实上，任何带电体都有大小和形状，真正的点电荷是不存在的。点电荷是一个理想模型。在中学物理中，如果未特别指出带电体的形状、大小等，通常都把此带电体视为点电荷。 点电荷是针对实际带电体建构的理想模型，与质点模型的建构类似。建立理想模型是科学研究的重要方法。 现实世界的问题复杂多样，在研究中我们需抓住影响问题的关键因素，忽略一些次要因素，建立理想模型。其实，理想模型在现实世界是不存在的，但在一定条件下，实际事物可近似当作理想模型来处理。 若条件发生变化，研究问题爵要深入，次要因素不能忽略，已有的理想模型不再适用，则应考虑更多因素的影响，建立新的物理模型。 （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？ 二、两电荷间的静电力 1、感受静电力 思考：静电力与哪些因数有关? 两个点电荷之间的相互作用力与距离、电荷量有怎样的关系?下面让我们通过实验来探究。 (1)探究电荷间作用力的大小与距离的关系 如图 1-10所示，把两个完全相同、带同种电荷 的小球挂在等长绝缘细线下端，观察细线相对 坚直方向的偏离角度(角度越大，静电力越大): 增大两细线悬点之间的距离，观察细线偏离角度有什么变化。 电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系 (2)探究电荷间作用力的大小与电荷量的关系保持绝够细线悬点位置不变，同时改变两小球的电荷量(如用带电棒同时接触两球)，再观察细线偏离的角度，可得出什么结论? 电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系 通过以上实验只能定性了解两电荷间的作用力与它们之间的距离和电荷量的关系。两电荷之间作用力的规律是法国物理学家库仑(C.Coulomb，1736-1806)在前人工作的基础上， 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。 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 B球的作用是使A球 在水平面内平衡 影响电荷间的相互作用的因素有电荷量的多少和电荷之间距离的长短。 电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。 （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。 （2）关系式： （3）电荷之间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力 （4）适用条件： ①真空中；②静止点电荷 三、库仑定律 比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2 （1）适用条件： ①真空中 ②静止的 ③点电荷 （1） r为两个点电荷之间的距离，若带电体为金属小球，应先考虑电荷间的排斥与吸引问题。 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 r + + + + + + r - - - + + + 注意 （2）库仑定律只适用于真空中的点电荷，当两个带电体无限靠近，即r→0时，带电体不能看成点电荷，当然就不能应用库仑定律来计算。 库仑定律是电磁学的基本规律之一，这种电荷间的相互作用力通常称为库仑力或静电力。库仑定律是通过对宏观带电体的研究总结出来的，对原子核、电子等微观粒子仍然成立。空气对静电力的影响很小，所以库仑定律也适用于空气中的点电荷。 典例分析 已知质子的质量是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。 解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19C 例1 可见,微观粒子间的万有引力小于库仑力,因此在研究微观带电粒子相互作用时,可以把万有引力忽略掉。 典例分析 例2： 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 , 求它们所受的库仑力。 解：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。 F1 F2 F3 q1 q2 q3 + + + 反思总结： 1.大小计算：电性的正负号不代入公式，取绝对值。 2.方向判断：利用电荷的性质确定。 3.多个带电体同时存在：利用力的平行四边形定则求出合力 典例分析 例3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 1．(多选)下面关于点电荷的说法正确的是(　　) A．点电荷可以是带电荷量很大的带电体 B．带电体体积很大时不能看成点电荷 C．点电荷的带电荷量可能是2.56×10－20C D．大小和形状对作用力影响可以忽略的带电体可看作点电荷 解析：点电荷是一个理想化的模型，当带电体的大小和形状对作用力的影响可以忽略时带电体可看成点电荷．点电荷不是以带电荷量的多少来确定的，电荷量必须是元电荷的整数倍．故A、D正确． AD 课堂练习 2．真空中有两个点电荷Q和q，它们之间的库仑力为F，下面哪些做法可以使它们之间的库仑力变为1.5F(　　) A．使Q的电荷量变为2Q，使q的电荷量变为3q，同时使它们的距离变为原来的2倍 B．使每个点电荷的电荷量都变为原来的1.5倍，使它们的距离也变为原来的1.5倍 C．使其中一个点电荷的电荷量变为原来的1.5倍，使它们的距离也变为原来的1.5倍 D．保持电荷量不变，使它们的距离变为原来的 倍 A 课堂练习 3.如图所示，A、B、C是光滑绝缘水平桌面上位于同一圆周且等间距的三点，现在这三点分别放置完全相同的带电量为-q的金属小球，同时在圆心O处放置一个带电量为+Q的小球，已知所有小球均可看作点电荷且均处于静止状态，则Q与q的比值为（　　） A． B． C． D．3 【正确答案】B 课堂练习 4．一个带正电的球体M放在绝缘支架上，把系在绝缘丝线上的带电小球N挂在横杆上的P1处。当小球N静止时，丝线与竖直方向的夹角为θ，如图所示。在将悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，观察到夹角θ增大。由此可知（ ） A．小球N带负电 B．悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，小球N受到的静电力增大C．M与N间的静电力大小与它们间的距离的平方成正比 D．M与N间的静电力大小与它们的电荷量乘积成正比 BD 课堂练习 【答案】BD 【详解】A．小球N与M相互排斥，M、N带同种电荷，M带正电，N也带正电，故A错误； B．悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，根据库仑定律可知 ，小球N受到的静电力增大，故B正确； CD．根据库仑定律公式可知， ，M与N间的电场力大小与间距的平方成反比，与电荷量的乘积成正比，故C错误，D正确。 故选BD。 课堂练习 5.在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关。他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝缘座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示。实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大。实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的减小而增大，随其所带电荷量的增大而增大。 （1）此同学在探究中应用的科学方法是_______（选填“累积法”“等效替代法”“控制变量法”或“演绎法”）。 （2）若A、B带电荷量分别为+Q和﹣3Q，开始相距为r时，它们间库仑力的大小 为F，将两小球相互接触后将其距离变为 ，则两球间库仑力的大小为_______。 【答案】控制变量法     感谢观看 THANK YOU $$