9.2 库伦定律（同步课件）--【大单元教学】高二年级物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第九章 第二节 库伦定律 【大单元教学】2025-2026学年高二物理同步备课系列（人教版·必修三） 目录 contents 01 库伦定律 02 03 04 05 库伦的实验 库仑定律的理解 库仑定律的应用 课堂练习 情境导入 第2节 库仑定律 观察下图，并思考问题 用毛巾擦拭过的两个气球由于带上了同种电荷相互排斥，这就是电荷间的相互作用力。电荷间相互作用的力的大小和什么有关？ 今天我们就来探索电荷间作用力的定量规律——库仑定律，它将告诉我们：电荷间的作用力如何随距离和电荷量变化，这也是电磁学的基础！ 知识点1：电荷间的作用力 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？ 问题情景 实验：探究影响电荷间作用力的因素 01 实验操作 如图所示,带正电的固定物体M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等不同位置。 探究1:探究带电体M与带电小球间的作用力与两者间距的变化关系。 探究2：在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，探究带电体C与小球间的作用力与电荷量的关系。 结论：小球电荷量不变的情况下，间距越小，带电体间的作用力越大。 结论2：电荷间距离不变的情况下，小球电荷量越大，带电体间的作用力越大。 【视频讲解：探究电荷间相互作用力的因素】 电荷间的作用力 01 本实验的注意事项 （1）带电体和小球必须在同一高度 （2）实验环境要求干燥 （3）带电小球的质量不易过大 （4）采用“控制变量法”完成实验 早年，英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人，都认为电荷之间的作用力与万有引力是一样的，都成“平方反比”规律。 最终由法国科学家库伦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，得出了库伦定律。 库仑定律 02 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。电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。 2. 适用条件：①真空中；②点电荷。 那么，什么是点电荷呢？ 库仑定律 02 3. 点电荷的理解 （1）当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。 （2）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。 （3）点电荷具有相对性，一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言，不能凭借其体积大小和形状来确定。 【例1】如图所示为探究影响电荷间相互作用力的因素实验。 经典例题 03 O是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正电的小球 先后挂在图中P1、P2、P3等位置，比较小球在不同位置 所受带电体的作用力的大小。使小球处于同一位置，增 大（或减小）小球所带的电荷量，比较小球所受的静电 力的大小。 （1）图中实验采用的方法是 （填正确选项前的字母） A．理想实验法     B．等效替代法    C．微小量放大法 D．控制变量法 D 经典例题 03 （2）图中实验可依据下列选项中反映小球受带电体的作用力大小的是 ； A．电荷间的距离                 B．丝线偏离竖直方向的角度 C．带正电物体的电荷量          D．小球的电荷量 （3）若球质量为m，在P1位置的偏离竖直方向的夹角为，则带电体受的库仑力大小为 。 B 对小球受力分析 知识点2：库伦的实验 如右图所示，是法国物理学家库仑利用库伦扭秤装置，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 库伦扭称与实验思路 01 把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小。 实验装置 实验思路 实验原理 02 【视频讲解：库伦扭称实验原理】 控制变量法 探究F与r的关系 改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系。 探究F与q的关系 改变A和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 实验步骤 03 在库仑那个时代，还不知道怎么样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？ 库伦的方法 03 库伦的电量均分法 A C Q A C A D A D A、C、D球的大小、形状、材料完全相同的小球 1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝ 2.当之间距离不变时,F与的乘积成正比 F∝ 实验结论 04 知识点3：库伦定律的理解 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 库伦定律的表达式 01 静电力，其方向由两种电荷的性质决定，同性相斥，异性相吸 单位 02 ①库仑是一个非常大的电荷量的单位，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！ ②一把梳子和毛发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。 对库伦定律的理解 03 （1）库仑定律适于真空中静止点电荷间的相互作用。 （2）对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集中在球心的点电荷，r为球心间的距离。 （3）两个带电金属球半径不能远远小于两球间的距离时： +q1 +q2 L<4r + + + + + + +q1 -q2 L<4r - - - + + + 同种电荷 异种电荷 对库伦定律的理解 03 (4)不能根据公式错误地认为r→0时，静电力F→∞，因为当r→0时，两个带电体已不能看成点电荷了。 (5)用公式计算静电力时电荷量均取绝对值，两个点电荷间的静电力满足牛顿第三定律。 知识点4：库伦定律的应用 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。 静电力与万有引力的对比 01 静电力的叠加 02 (1)如果存在两个以上的点电荷，那么，每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而改变。 (2)两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和，静电力的合成与分解满足平行四边形定则。 对点电荷受力分析，如图所示 根据库仑定律可得 因为点电荷处于平衡状态，根据平衡条件，可得,解得 静电力的叠加 02 【典例2】如图所示，三个点电荷、、电性如图所示，其中、电荷固定且所带电荷量均为，点电荷质量为，自由放在倾角为的光滑斜面上处于静止状态。、、三点连线构成等边三角形，边长为，连线平行于斜面，已知静电力常量为，重力加速度为，所处空间为真空，则电荷所带的电荷量为（　　） A． B． C． D． A C A B 问题1：三球平衡，C球带正电还是负电？ C A B C A B 若C带正电，A、B不能平衡 两侧是同种电荷，中间是异种电荷 结论1：两同夹异 三个自由点电荷的平衡问题 03 问题2：A和B、C电荷量的大小关系？ C A B r1 r2 qc qA qB C FBC FAC FAB FCB B 两侧电荷量大，中间电荷量小 结论2：两大夹小 三个自由点电荷的平衡问题 03 C A B r1 r2 qc qA qB 问题3：r1、r2与B、C的电量关系？ FCA FBA A 中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个 结论3：近小远大 三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。 三个自由点电荷的平衡问题 03 【例3】如图所示，光滑绝缘的水平桌面的同一直线上，放置三个可视为点电荷的小球M、N和P，其中M和N固定，带电量分别为-q1和+q2，若小球P能保持静止，则（　　） A．P一定带正电，q1＝q2 B．P一定带负电，q1＝q2 C．P可能带正电，q1＞q2 D．P可能带负电，q1＜q2 三个自由点电荷的平衡问题 03 思路点拨：由三个自由点电荷的平衡规律：三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大 C 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 课堂小结 1．判断下列说法的正误并和同学交流（正确的打“√”，错误的打“×”）。 (1)电荷量很小的带电体就是点电荷。( ) (2)体积很大的带电体有时也可以看成点电荷。( ) (3)点电荷是一种理想化模型。( ) (4)凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力，就可以使用公式。( ) (5)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们所受的静电力大小一定相等。( ) (6)根据库仑定律的表达式，当两带电体之间的距离时，两带电体之间的静电力。( ) √ 课堂练习 × × √ √ √ 课堂练习 2．如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架上，两球心间的距离是球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于之间的万有引力和库仑力的表达式中正确的是（    ） A．， B．， C．， D．， C 思路点拨：金属球A和B距离过近，不能在视为点电荷。 课堂练习 3．如图所示，半径均为r的两个金属球，其球心相距为3r，现使两球带上等量的同种电荷，电荷量都为q，设静电力常量为k。则对两球间的静电力F的判断正确的是（　　） A． B． C． D． D 思路点拨：金属球A和B距离过近，不能在视为点电荷。 课堂练习 4．如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为外，其余各点处的点电荷电荷量均为，圆心O处固定一点电荷，则所受静电力（　　） A．大小为方向沿方向 B．大小为，方向沿方向 C．大小为，方向沿方向 D．大小为，方向沿方向 思路点拨：静电力的叠加，注意静电力的方向。 C 课堂练习 5．如图，M、N和P是以为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时处于O点的点电荷所受静电力大小为；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的点电荷所受静电力大小变为，与之比为（　　） A． B． C． D． B 思路点拨：静电力的叠加，利用力的合成与分解，注意静电力的方向。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后“练习与应用”作业 自主安排 配套同步分层作业 37 2025 Thank you for watching! 谢谢观看 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$