第02讲 库仑定律（同步课件）-【上好课】高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

§2 库仑定律 人教版(2019)必修 第三册 第九章 静电场及其应用 贰 电荷之间的作用力 叁 库仑的实验 肆 静电力计算 目 录 壹 新课引入 必修三 伍 课堂练习 新课引入 壹 带正电的带电体A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A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？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？ 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 思考与讨论： 探究影响电荷间相互作用力的因素 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 实验结论： 思考与讨论： 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？ 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 电荷之间的作用力 贰 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。 （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 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 点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是一种理想化模型。 库仑的实验 叁 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 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： 库仑扭称实验演示 新课讲授 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 库仑定律的表达式： 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： 静电力计算 肆 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 思考：前面研究的都是两个点电荷，如果存在两个以上的点电荷，那么每个点电荷会受到怎样的作用力？ 静电力是一种性质力，它的合成与分解同样都遵循平行四边形法则，所以对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的静电力等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和 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：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。 课堂练习 伍 1．某同学发现万有引力和库仑力的表达形式高度相似，于是他做了以下思考，其中正确的是（　　） A．这两种力都是吸引力 B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许精确地测出了引力常量 C．库仑发现了库仑定律，并精确地测出了元电荷的数值 D．根据公式和可知，当两带电物体的距离趋近于零时，库仑力和万有引力都将趋向无穷大 B 【答案】B 【详解】A．万有引力是吸引力，库仑力可能是吸引力，也有可能是排斥力，故A错误； B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许利用扭秤实验精确地测出了引力常量，故B正确； C．库仑发现了库仑定律，密立根精确地测出了元电荷的数值，故C错误； D．两带电物体的距离趋近于零时，两物体已经不能够看为点电荷与质点，此时，公式和已经不成立，可知，当两带电物体的距离趋近于零时，不能够认为库仑力和万有引力都将趋向无穷大，故D错误。故选B。 2．三个完全相同的金属球A、B和C，其中A球带电量为+Q，B球带电量为－2Q，C球不带电。若A、B两球之间的距离远大于球的半径，其间的静电力大小为F，现将C球先与A球接触，移开后再与B球接触，然后移到远处，则最后A、B两球之间的作用力大小为（　　） A． B． C． D． A 【答案】A 【详解】原来A、B两球之间静电力大小为C球先与A球接触，移开后，C球再与B球接触，然后移到远处则最后A、B两球之间的作用力大小为故选A。 3．在光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次排列三个带电小球A、B、C，均可视为质点，如图所示。若它们恰能处于平衡状态，那么这三个小球所带电荷量及电性的关系可能的是（　　） A．16，9，144 B．－，－1，－9 C．－9，4，－36 D．－4，3，12 C 【答案】C 【详解】要使三个小球均处于平衡状态，先以A为对象，要使A平衡，B、C对A的作用力等大反向，所以B和C所带电性应相反；同理，要使C平衡，A和B所带电性应相反；综上所述，电荷电性需满足“两同夹一异”的规律。故选C。 4．如图所示，水平面上固定一个绝缘支杆，支杆上固定一带电小球A，小球A位于光滑小定滑轮O的正下方，绝缘细线绕过定滑轮与带电小球B相连，在拉力F的作用下，小球B静止，此时两球处于同一水平线。假设两球的电荷量均不变，现缓慢拉动细线，使球B移动一小段距离。在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．B球运动轨迹是一段圆弧 B．球B受到的库仑力先减小后增大 C．球B所受的拉力做正功，库仑力做正功 D．细线中的拉力一直增大 A 【答案】A 【详解】．对小球B分析可知，受细线的拉力F，静电斥力和重力G，如图所示，设A、B两个小球的电荷量分别为、，B球的质量为m，，，，由相似三角形可知m、h以及电荷量不变，所以r不变，B球运动轨迹是一段圆弧，故A正确； B．电荷量不变，r不变，根据库仑定律可知，库仑力大小不变，故B错误； C．拉力与速度方向夹角为锐角，拉力做正功。库仑力方向与速度方向垂直，库仑力不做功，故C错误； D．在此过程中，m、h不变，l减小，可知拉力减小，故D错误。故选A。 5．如图所示，在光滑绝缘的水平面上固定着质量完全相等的三个带电小球a、b、c。三球在一条直线上，若释放a球，a球的初始加速度大小为，方向水平向左；若释放c球，c球的初始加速度大小为，方向水平向右；当释放b球时，b球的初始加速度大小和方向分别是（    ） A．，方向水平向左 B．，方向水平向右 C．，方向水平向左 D．，方向水平向右 A 【答案】A 【详解】把a，b，c看成一个系统，三个小球之间的相互作用力为内力，据牛顿第三定律，每两个球之间存在一对作用力和反作用力，其大小相等，方向相反，这样系统内力之和为零，外力之和为零。设三个小球所受的合力分别为F1、F2、F3，则有 ， ，，以向左为正方向，所以b球的加速为方向向左。A正确，BCD错误。故选A。 谢谢观看 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.33 Lavf58.12.100 $$