9.2库仑定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

预习检测 1.(点电荷) (多选)关于点电荷,下列说法正确的(　　) A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷 B.均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时一般可视为点电荷 C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷 D.带电的金属球一定不能视为点电荷 带电体能否视为点电荷,要看它们本身的线度是否比它们之间的距离小得多,而不是看带电体本身有多大,也不是看它所带的电荷量有多大,选项B、C正确. BC 2.(库仑定律)真空中有两个点电荷,它们之间的库仑力为F,如果保持它们所带的电荷量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,则它们之间的库仑力大小等于(　　) A.F B.2F C.F/2 D.F/4 D 3.(库仑定律)如图所示,在光滑绝缘的水平面上,相隔一定距离放置两个带同种电荷的小球,同时将它们由静止释放,则两个小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是 (　　) A.速度变大,加速度变大 B.速度变小,加速度变小 C.速度变大,加速度变小 D.速度变小,加速度变大 C 4.(库仑定律与受力分析)一端固定在天花板上的绝缘细线的另一端与一带正电的小球M相连接,在小球M下面的一绝缘水平面上固定了另一个带电小球N,在图中,小球M能处于静止状态的是 (　　) B 异种电荷相互吸引 同种电荷相互排斥 电荷间相互作用力大小和那些因素相关呢？ 实验探究 猜想与假设 影响带电体间相互作用力的因素有哪些？ 电荷量多少 、距离大小 、带电体大小形状、电荷分布、介质 带电体自身的大小远小于它们之间的距离 真空 模型简化 实验探究 实验方法 影响带电体间相互作用力的因素 电荷量多少 距离大小 这种存在多种变量影响的实验，我们一般使用什么实验方法？ 控制变量法 研究： （1）电荷量q不变，改变距离 （2）距离r不变，改变电荷量 1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，有反比规律 1687年，牛顿的万有引力定律正式发表于《自然哲学的数学原理》之中，解释了万有引力定律服从反比平方规律 1767年，英国化学家普里斯特利根据实验提出猜测，“电的吸引与万有引力服从同一规律，即与距离平方成反比” 1773年，亨利卡文迪什用两个同心金属壳做实验，得到静电力与距离的𝟐±𝟏/𝟓𝟎 次方成反比，可惜卡文迪什未公布这一结果。 1785年，库伦在前人研究的基础上，通过实验得到库伦定律。 “好运”的库伦 定量实验 库仑的困难 库仑做实验的装置—库仑扭秤 微小力不易测量 距离不便测量 电荷量无法直接测量 定量实验 （1）把带电小球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 （2）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 （3）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 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？ 定量实验 完全相同的小球接触，从而平分电荷量 定量实验 1、当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 实验结论 实验操作 2、当之间距离不变时,F与q1、q2的乘积成正比 定量实验 大小与哪些因素有关？ 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？ 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？ 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？ （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； 实验现象 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。 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。 点电荷 （1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型 ； （2）电子的带电量等于元电荷，研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。 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？ 点电荷与元电荷 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 B球的作用是使A球 在水平面内平衡 ---库仑扭秤 探究F 与r 的关系： 探究F与q的关系： ---控制变量法 A和C的电量q1、q2不变 A和C的距离r不变 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？ A C Q A 电量均分 A C Q A D 2 Q 条件： 大小、形状、材料完全相同的小球 电量分配 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 实验结论 （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。 实验结论 【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。 解：库仑力大小: 万有引力大小: 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 万有引力定律和库仑定律 【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 ＋ ＋ ＋ 解：q3 共受 F1 和 F2 两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间的距离r 都相同。 根据平行四边形定则，合力是: 合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。 + q + q + q + q +Q +Q L=3r + + + + + + 由于两球距离太近,电荷在两金属球上的分布发生变化,两球不能视为点电荷,因而它们之间作用力的大小已不能直接用库仑定律进行计算. 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？ +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + A B C q 不带电 不带电 A B A B B C q 不带电 不带电 B C A B A B A B C +q 不带电 -q A C +q 不带电 A C C B -q C B A B 解：对右侧小球， 小球距悬点的竖直距离为： 解：对A球有 ： 同理对B球有 ： 如图所示，A、B、C是光滑绝缘水平桌面上位于同一圆周且等间距的三点，现在这三点分别放置完全相同的带电量为-q的金属小球，同时在圆心O处放置一个带电量为+Q的小球，已知所有小球均可看作点电荷且均处于静止状态，则Q与q的比值为（　　） A． B． C． D．3 -q -q -q +Q L L r r Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$