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2节 库仑定律 第九章 2019人教版 必修一 新知引入 回顾 电荷之间相互作用力遵循什么规律？ 甲 乙 丙 同种电荷之间存在斥力 异种电荷之间存在引力 思考：电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 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？ 新知引入 （1）带电体C与小球间的作用力会随距离的减小而增大； （2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小； 电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？ 事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，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。 卡文迪什 普里斯特利 类比法 不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。 库仑设计了十分精妙的扭秤实验，于1785年提出库仑定律。 新知讲解 一、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。这种电荷之间的相互作用力叫做静电力或库仑力。 2．表达式： 3.适用条件：真空中静止的点电荷 那么，什么是点电荷呢？ 4.点电荷 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。 只有电量，没有大小、形状的理想化模型 （1）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。 新知讲解 二、库仑的实验 法国物理学家库仑利用扭秤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 平面镜 遇到困难 电荷量无法直接测 距离不便测量 微小力不易测量 平分电荷量 放大微小力 等倍改变距离 想一想：B球的作用是什么呢？ 使A球在水平面内平衡 2、实验器材： 3、实验方法：控制变量法 2、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 4、实验步骤 ①改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与r的关系。 ②改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与q之间的关系 5、实验结论 ①当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 ②当距离不变时，F与q1q2的乘积成正比 综合结论 这就是库仑定律的表达式，式中的k是比例系数，叫做静电力常量 通过实验测定其值为: （1）适用条件： ①真空中 ②静止的 ③点电荷 （2）相互作用力的方向 ：在它们的连线上（如图）。 + + q1 q2 r — — F斥 F斥 F斥 F斥 + — F引 F引 （3）注意： 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。 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 - - - + + + 物体间静电力大吗 ？ 三、静电力计算 思考2：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__________ 。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____的电荷量单位。 思考1：在库仑定律中，当r→0时，两个电荷间的作用力F→∞，这种说法正确吗？ 9.0×109 N 大 这是没有物理意义的。因为这时的两个带电体已不能看作点电荷，不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力。 新知讲解 1．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。 2．静电力与万有引力： 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 对于微观的带电粒子，例如电子和质子的静电引力F1是它们间万有引力F2的2.3×1039倍，在研究带电微粒间的相互作用时，可以忽略万有引力。 3．三个自由点电荷的平衡问题 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 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 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。 课 堂 小 结 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$