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

高中物理必修三·第9章·静电场及其应用 9.2 库仑定律（第1课时） 目录 CONTENT 1 了解库仑定律探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 2 知道点电荷的概念，明确带电体可以看作点电荷的条件。 3 理解库仑定律的内容、公式及适用条件。 重点 4 理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算。 重点 难点 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。 问题3：电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 问题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？ 问题1：带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ 1.电荷之间的作用力 【实验装置】 1.电荷之间的作用力 【实验装置】 问题3：电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 问题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？ 问题1：带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ 1.电荷之间的作用力 【实验装置】 三者间又有怎样的定量关系？ 电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？ 英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“ 平方反比” 规律适用与电荷间的力。 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。 电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。 1.电荷之间的作用力 【库仑定律】 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。 1.电荷之间的作用力 【点电荷】 点电荷 元电荷 概念 忽略了大小、形状、电荷分布状况，只考虑电荷量的带电体 电子或质子所带的电荷量 实质 理想模型 最小电荷量 联系 ①点电荷、带电体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍 ②微小带电体在一定条件下可视为点电荷 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？ 2.库伦的实验 【扭称实验·装置】 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 2.库伦的实验 【扭称实验·装置】 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 电量分配法则：大小、形状、材料完全相同的小球相接触，电量会均分 实验原理 01. 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 2.库伦的实验 【扭称实验·结论】 库仑定律内容：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。 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（理想化模型，实际上不存在 2.库伦的实验 【库仑力】 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。 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 思考：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况? +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 2.库伦的实验 【库仑力】 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。 3.静电力的计算 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。 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。 【教材·例题1】已知氢核（质子）质量为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5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。 可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力。 因此，在研究围观带电粒子的相互作用时，可以忽略万有引力 3.静电力的计算 【教材·例题2】真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。 q1 q2 q3 ＋ ＋ ＋ 3.静电力的计算 如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电，b带负电，a所带的电荷量比b所带的电荷量小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条表示，它应是 A.F1　　　B.F2　　　C.F3　　　D.F4 例2 √ 如图所示，分别在A、B两点放置电荷量分别为Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C的点电荷。在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m。如果有一电子静止放在C点处，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求它所受的静电力。 例3 答案　8×10－21 N　平行于AB连线向左 高中物理必修三·第9章·静电场及其应用 9.2 库仑定律（第2课时） 目录 CONTENT 1 学会利用库仑定律分析同一直线上三个点电荷的平衡问题。 2 学会利用库仑定律分析非共线力作用下带电体的平衡问题。 3 学会处理库仑力作用下带电体的动力学问题。 重点 重点 难点 A、B两个点电荷，相距为r，A带有9Q的正电荷，B带有4Q的正电荷： (1)A和B固定，如何放置一个电荷量为q的正点电荷C，才能使点电荷C处于平衡状态？若将C换成等量负电荷C′，C′平衡的位置是否发生变化？ (2)如果A和B是自由的，如何放置第三个点电荷D，使系统处于平衡状态，求D的位置、电性和电荷量。 三个点电荷的共线平衡问题 (3)如图，A、B是两个自由的点电荷，相距为r，A带有9Q的正电荷，B带有－4Q的负电荷，放置第三个点电荷E，使系统处于平衡状态，求E的位置、电性和电荷量。 三个点电荷的共线平衡问题 [梳理与总结] 1.两个电荷固定，第三个电荷平衡问题 只需要确定第三个电荷位置即可，对其电性和所带电荷量没有要求。 2.三个自由电荷的平衡问题 (1)同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时，每个电荷受到的合力均为零。根据平衡条件可得，电荷间的关系为： “三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上； “两同夹异”——正、负电荷相互间隔； “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小； “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。 (2)对于三个自由电荷的平衡问题，只需对其中两个电荷列平衡方程，不必再对第三个电荷列平衡方程。 1.如图所示，光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，电荷量分别为－4Q和＋Q，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 巧做题，不需计算，直接套结论，排除错误选项即可 《练透》：2,4,5,6 带电体的平衡问题：静态平衡+动态平衡 (多选)如图所示，两质量分别为m1和m2、带电荷量分别为q1和q2的小球，用长度不等的绝缘轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别是α和β(α>β)，若两小球恰在同一水平线上，那么 A.两球一定带异种电荷 B.q1一定不等于q2 C.m1一定小于m2 D.两球所受静电力大小一定不相等 例2 (多选)如图所示，竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘，两个带有同种电荷的小球A、B分别处于竖直墙面和水平地面上，且处于同一竖直平面内，若用图示方向的水平推力F作用于小球B，则两球静止于图示位置。如果将小球B向左推动少许，两个小球将重新达到平衡，则两个小球的受力情况与原来相比 A.推力F将增大 B.竖直墙面对小球A的弹力减小 C.地面对小球B的弹力一定增大 D.两个小球之间的距离增大 例3 带电体的平衡问题：静态平衡+动态平衡 《练透》：1,3,7,10,11 带电体的平衡问题：静态平衡+动态平衡 如图所示，在光滑的绝缘水平面上，有两个质量相等、相距为r、带电荷量分别为＋q和－q的小球甲、乙(均可视为点电荷)，在水平恒力F作用下甲、乙一起做匀加速直线运动。静电力常量为k，则水平恒力F 的大小为 例4 含库仑力的动力学问题 总结提升 分析静电力作用下点电荷的平衡或动力学问题，步骤如下： 1.确定研究对象：适当采用“整体法”或“隔离法”； 2.对研究对象进行受力分析，画示意图(受力和运动过程)； 3.根据平衡条件或牛顿第二定律列方程； 4.解方程求出待求量。 《练透》：8，9 Lavf58.46.101 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 A.－Q，在A左侧距A为L处 B.－2Q，在A左侧距A为eq \f(L,2)处 C.－4Q，在B右侧距B为L处 D.＋2Q，在A右侧距A为eq \f(3L,2)处 A.　　　B.　　　C.　　　D. $$