2.库仑定律（教学课件）物理鲁科版2019必修第三册

库伦扭秤。库仑扭秤是定量研究电荷间相互作用力与电荷量及距离间关系的仪器，下面我们介绍它的结构。这是个安装在绝缘棒上的金属小球，它的位置是固定的，我们称为固定的带电小球。一根木棒悬在金属细丝上，两端各固定一个质量相等的小球，右边的小球是带电的，左边的小球不带电支，起平衡作用。上方有一个固定的刻度盘，与金属丝相连的是旋钮和指针。我们再用动画的形式展示一下它的原理，使左边两球在等量同种电荷由于静电斥力作用而发生偏转。用力转动旋钮和指针，使玻璃棒回到原来位置。根据开始时木棒转过的角度以及后来旋转指针旋转的角度，就可以知道两带电球间的斥力大小。 第一章 静电力与电场强度 第2节 鲁科版2019 高中物理必修三 库仑定律 易拉罐与气球的引力是什么力？是怎样产生的呢？ 气球在头发上摩擦 气球带上了电 靠近易拉罐 摩擦生电 静电感应 易拉罐也带上了电 － － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ 易拉罐与气球的引力实际上是电荷之间的相互作用力 静电力 一 静电力 一、静电力 电荷之间存在着相互作用力。这力我们称之为静电力。 1.定义: 异种电荷相互吸引 同种电荷相互排斥 一、静电力 2、影响静电力大小的因素 从实验可知：两电荷间作用力的大小 随带电体之间距离的增大而减小，随带电体的带电量的增大而增大。 一、静电力 2、影响静电力大小的因素 （1）电荷量的大小 （2）电荷之间的距离 带电体之间的相互作用力还与带电体的形状、带电体的大小、电荷的分布、等因素有关。 实际研究发现： 研究又发现： 当两个带电体之间的距离比它们自身的尺度大得多时，带电体的形状、大小、和电荷分布对静电力的影响就小到可以忽略不计。 Q q 复杂 理想化 3、点电荷 （1）只有电荷量而无形状大小的带电体，即带有电荷的点； （2）是一种理想的模型，自然界中并不存在； （3）能不能将带电体视为点电荷，取决于研究的问题和精度的要求 ，与带电体的形状大小无关。 例：判断正误 1、电子和质子在任何条件下都可视为点电荷（ ） 2、均匀带电的绝缘体在计算电荷间作用力时可视为点电荷（ ） 3、带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷（ ） 4、带电的金属球一定不能视为点电荷（ ） 一、静电力 法国物理学家库仑，通过牛顿万有引力定律的类比推理和做了大量实验研究,于1785年利用精心设计的“扭称实验”发现了计算两个点电荷之间作用力大小的规律——“库仑定律”。 一、静电力 二 库仑定律 1、库仑定律 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相斥，异种电荷相吸。 1、内容: 2、表达式: 式中K叫静电力常量，当各物理量均取国际制单位时k=9.0×109 N·m2/C2 3、适用范围: ①真空中（空气中也适用） ②点电荷 ③宏观带电体、微观带电微粒 二、库仑定律 带电量各为1C的点电荷在相距1m时产生的静电力大小。 比较 万吨航母的重力。 静电力： 重力： 库仑是一个很大的电荷量单位 梳子摩擦起带所带电荷量（数量级）： 一片雷雨云所带电荷量： 几十库仑 氢原子核只有一个质子，核外有一个电子绕核旋转，如图所示。电子轨道半径 r = 5.3×10-11 m；电荷量大小 e = 1.60×10-19 C，质量 m1 = 9.10×10-31 kg；质子电荷量的大小与电子的相同，质量 m2 = 1.67×10-27 kg。 解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19C 比较电子和质子间的静电引力和万有引力. 比较 二、库仑定律 可见,微观粒子间的万有引力小于静电力,因此在研究微观带电粒子相互作用时,可以把万有引力忽略掉。 二、库仑定律 静电力也称库仑力 三 库仑扭秤实验 三、库仑扭秤实验 四 点电荷间的作用力 例题分析 例1：真空中相距为r的两个点电荷，一电荷量为2Q，另一带-Q，相互作用的静电力大小为F．若将它们接触后再放回原处，其余条件不变，则它们之间的作用力变为多大？ 解： 接触后电荷均为Q/2，由库仑定律可得 如图所示，一个挂在绝缘细线下端带正电的小球B静止在图示位置，若固定的带正电小球A的电荷量为Q，小球B的电荷量为q、质量为m，θ=30°，小球A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中，求小球A、B间的距离r. （AB均可视为点电荷） r Q q 解： 设细线对小球B的拉力为T，小球A、B间的库仑力为F，对小球B进行受力分析如图知 mg T F 例2： 力的平衡 真空中有三个点荷固定在一个等边三角形的三个顶点，三角形的边长l=50cm。已知q1=3.0×10-6C,q2=-3.0×10-6C, q3=-5.0×10-6C,求q3所受的静电力。 解： 方向水平向右 例3： 对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，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，这个结论称静电力叠加原理。（平行四边形定则） 两个电荷量分别为-Q和-9Q的负点电荷a、b，在真空中相距为l，如果引入另一点电荷c，正好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定点电荷c的位置、电性及它的电荷量. -Q -9Q l + X 三个点电荷的平衡问题：三点共线、两同夹异、两大夹小、远大近小。 例4： F1 F2 a b c 以c为分析对象 以a为分析对象 作业 Lavf59.27.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.0.19 $$奔跑的易拉罐实验材料，气球自备材料易拉罐。将易拉罐放在平整的桌面上，把气球吹鼓靠近易拉罐，易拉罐没有任何反应。将气球在头发上摩擦几次，再次靠近易拉罐，易拉罐跟着气球滚动起来。 C带电，A球与C接触后和C带同种电荷互相排斥。A球静止后观察，即A球的丝线张开的角度保持A和C的电荷量不变，将A球远离带电体。C仔细观察视线张开角度的变化。可以观察到，小球离带电体间的距离越远，丝线张开角度越小，说明作用力越小。在移动A球使其靠近C继续观察丝线张开角度的变化。小球离带电体越近，丝线张开的角度越大，说明他们之间的相互作用力也应该越大。增加带电体C的电荷量，观察丝线张开角度的变化，可以看到丝线张开的角度变大，说明小球的受力变大。用不带电的金属球与C接触，减少C所带的电荷量。观察丝线张开角度的变化，可以观察到丝线张开的角度减小，说明小球与带电体之间的作用力减小。