9.2库仑定律 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

9.2库仑定律 学习目标 1.知道点电荷的定义,以及带电体可以简化成点电荷的条件,体会物理模型在自然规律中的作用。(科学思维) 2.理解库仑定律的内容、公式,会用库仑定律进行相关的计算。(科学思维) 3.了解库仑扭秤,领会研究电荷间相互作用的物理思想方法。(科学探究) 4.通过库仑定律与万有引力定律对比,体会物理学和谐统一之美,提高探索自然的兴趣。(科学态度与责任) 2 新知导入 “同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引”这句话是用来定性描述电荷间的相互作用的，直到18世纪中叶人们才开始对电荷间的相互作用进行定量的研究。今天就让我们踏着科学家的足迹去定量研究电荷之间的相互力吧！ 一、电荷之间的作用力 如图所示，C是一个带正电的带电体，把系在丝线上的带等量正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。 P1 P2 P3 C 问题1：观察小球悬线偏离竖直方向的角度，你发现了什么?这说明了什么? 电荷之间的作用力随着距离的增大而减小。 画出小球的三力平衡示意图并用mg和α表示电荷之间的作用力。 由平衡条件可得小球所受的电荷之间的作用力F=mg tan a 问题2:从计算结果看，电荷之间的作用力F与带电体与小球间的距离有什么关系? 带电体与小球间的距离越远，偏角越小，表示电荷之间的作用力越小。 教师做演示实验：固定带电体的位置，增大悬挂小球的带电量，观察偏角α的变化情况。 问题3：偏角α如何变化?这个现象说明了什么? 偏角α增大，这说明电荷之间的作用力随着电量的增大而增大。 问题4：电荷之间的相互作用力的大小与哪些因素有关呢? 电荷之间的相互作用力与电荷的电量有关，相互作用的两个电荷，任意一个的电量增大，作用力都将变大；电荷间的相互作用力还与带电体之间的距离有关，距离变大，作用力变小。 比较电荷之间的相互作用力与物体之间的万有引力，可以看出它们有相似性，那么，它们的计算方法会不会有相同的形式呢?即带电物体之间的相互作用力，会不会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呢? 库仑经过精密细致的实验，最后终于得到了电荷之间的相互作用力与两带电体的电量及两带电体的距离的关系，后来被称为库仑定律。 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。这个规律叫作库仑定律。 问题5：运用库仑定律的条件是什么? 真空中静止的点电荷。 问题6：那么，什么样的带电体才是点电荷?是否存在真正的点电荷?它与以前我们学过的哪个物理模型最相似? 只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作点电荷。严格来说，点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的。点电荷与我们以前学过的质点最相似。 定量研究 二、库仑的实验 细银丝的下端悬挂一根绝缘棒 悬丝扭转的角度 比较力的大小 改变A和C之间的距离r 记录每次悬丝扭转的角度 力F与距离r的关系 当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A与C之间的作用力使悬丝扭转 棒的一端是一个带电的小球A 另一端是一个不带电的球B B与A所受的重力平衡 C 细银丝 平面镜 平衡小球B 带电小球C 带电小球A 平分电荷量 放大微小力 等倍改变距离 突破方法 10 库仑定律 1.库仑定律： （1）内容：真空中两个静止的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。 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力. 11 （2）公式： 静电力或库仑力（N） 点电荷电量（C） 点电荷间距离（m) 静电力常量： 库仑定律 （3）适用条件：真空、静止、点电荷 12 点电荷 1、定义：当一个带电体本身大小比它距离其它带电体的距离小得多时，在研究其与电荷之间的相互作用时，此带电体本身的形状大小及电荷分布会变得无关紧要，该带电体可以看做一个带电的点，这样的模型称为点电荷。 2、性质：类似于力学中的质点，是一种理想模型。 3、条件：带电体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略不计。 13 三、静电力计算 根据库仑定律，两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0×109N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距1m的两个物体都带1C的电荷量。 通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。 三、静电力计算 对静电力的理解： 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。 三、静电力计算 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。 【例题1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。 总结 根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距 1 m 时，相互作用力是 9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距 1 m 的两个物体都带 1 C 的电荷量。 通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。 18 1.（多选）库仑定律的适用范围是（ ） A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个静止点电荷间的相互作用 D．真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带电体间的相互作用 CD 19 2.两个放在绝缘架上的相同金属球，相距d，球的半径比d小得多，分别带q和3q的同种电荷，相互斥力为3F，现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回原处，则它们的相互斥力将变为（ ） A．0 B．F C．3F D．4F D 20 3.两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示A处电荷带正电Q1，B处电荷带负电Q2，且Q2=4Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3放在AB直线上．欲使整个系统处于平衡状态，则：（ ） A、Q3为负电荷，且放于A左方 B、Q3为负电荷，且放于B右方 C、Q3为正电荷，且放于AB之间 D、Q3为正电荷，且放于B右方 A 21 课堂小结 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。 2、 大小： ①k为静电力常量：k = 9.0×109 N·m2/C2。 ②q为电荷量：计算大小时只将电荷量的绝对值代入。 3、 方向：在两点电荷的连线上 , 同种电荷相斥 , 异种电荷相吸。 4、 适用条件：真空中、静止的点电荷。 (以上两个条件是理想化的，在空气中也近似成立) 22 $$