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

第九章 第二节 库仑定律 高中物理必修 第三册 实验探究 电荷之间的作用力 1.实验结论： 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。 2.回顾万有引力定律的内容： 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比，即： 3.电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？ 电荷之间的作用力 4.影响电荷之间的作用力的因素有哪些？ a.q1、q2的电荷量？ b.两电荷之间的距离r? c.空间介质？ d.带电体的大小和形状？ e.电荷的分布情况？ ✔ ✔ 真空 思考：可不可以将研究问题简单化，或者忽略这次要因素呢？ 电荷之间的作用力 5.两个距离较近的带电金属球之间的电荷分布情况。 同种电荷 异种电荷 + + + + + + + + + + + + - - - - • • • • • • • • 6.当带电体之间的距离远大于自身时，这时带电体的形状和大小以及电荷分布对它们之间的作用力的影响可以忽略不计，我们把这样的带电体可以看成带电的点，叫作点电荷。 （理想化模型，和质点类似） 电荷之间的作用力 7.简化之后，还有哪些量？我们采用什么方法来研究？ 电荷量q1、q2和距离r 控制变量法 8.电荷之间的作用力 电荷之间的作用力是否与万有引力相似，在当时一些研究者已经关注，英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。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。 库伦的实验 1.实验器材：细银丝、绝缘架、金属小球A和C、绝缘小球B、玻璃罩、量角器、平面镜。 库伦扭秤 2.绝缘小球B的作用：平衡金属球A 3.实验步骤： ① 细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的两端是金属小球A和绝缘小球B，先使悬丝处于自然状态。 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。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。 ③ 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 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。 库伦的实验 库伦的实验 库伦的实验 4.思考问题：在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，如何做到改变A和C的电荷量呢？ 5.电荷均分原理：完全相同的小球。 如果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 、 、 ... 6.实验结论： 当电荷间距离不变时,F与 的乘积成正比: 当电荷量不变时，F与距离r的二次方成反比: 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。电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 查理·库仑 2.表达式： k为比例系数，叫做静电力常量，在国际单位制中，即： 3.适用条件： ① 真空中； ② 静止的点电荷； 4.作用力在它们的连线上： 5.注意：1.计算库伦力大小时只将电荷量的绝对值代入. 2.方向在两点电荷的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸。 库仑定律 静电力的计算 例题1 在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。 解析：电子的电荷量和质子的电荷量相同 电子的质量 质子的质量 它们之间的静电力： 它们之间的万有引力力： 微观粒子间的万有引力远小于库仑力 静电力的计算 库仑定律描述的是两个点电荷之间的作用力。如果存在两个以上点电荷，那么，每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。 + + - 静电力的计算 例题2 真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是2.0×10-6C，求它们各自所受的静电力。 解析：以 电荷为例， 受到 ， 的静电力作用且距离相等，所以 根据平行四边形定则可得 点电荷 所受的合力 的方向为 与 连线的垂直平分线向外 练习与应用 1.两个分别带有电荷量+Q和+3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)固定在间距为,的两处，它们之间库仑力的大小为F，现将两球接触后再放回原处，则两球间库仑力的大小变为( ) B 练习与应用 2.三个完全相同的小球A、B、C，其中A、B均带正电，被分别固定在两点，已知小球A电荷量为g。现将不带电的小球C先后与A、B相互接触后移走，之后A、B两球之间的静电力大小变为原来的一半。设接触前后A、B均匀带电，则初始时B球的电荷量为( ) C 3.如图所示，在竖直平面内有一个半径为,的光滑圆轨道，在轨道的圆心O处固定一带电量为+Q的点电荷，一质量为m、带电量为-q的小球(可视为质点)在轨道的外侧沿着轨道运动。已知静电力常量为k，重力加速度为g。为使小球能做完整的圆周运动，q至少为( ) 练习与应用 C 练习与应用 4.(多选）如图所示，带电小球A用绝缘细线通过光滑定滑轮O1、O2与不带电的物块C相连，与C连接端的细线竖直，在定滑轮O1的正下方固定一带电小球B，整个系统处于平衡状态。忽略小球A、B的大小及滑轮的大小。若小球A缓慢漏掉一部分电荷，则在该过程中( ) A.带电小球A、B间的库仑力减小 B.带电小球A、B间的库仑力增大 C.地面对C的支持力变小 D.地面对C的支持力不变 AD 练习与应用 5.如图所示，光滑绝缘水平面上有一菱形ABCD，其中∠A＝60°，现将两电荷量均为Q的正点电荷固定在A、C两点，欲使放在B点的负试探电荷q静止，则应在D点放置的电荷为(　　) A.电荷量为 Q的正电荷 B.电荷量为 Q的负电荷 C.电荷量为Q的正电荷 D.电荷量为Q的负电荷 D $$