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

库 仑 定 律 第 九 章：静 电 场 及 其 应 用 东汉王充《论衡·乱龙》:"顿牟掇芥，磁石引针，皆以其真是，不假他类。"顿牟即琥珀(也有玳瑁的甲壳之说);芥指芥菜子，统喻干草纸等的微小屑末。掇芥"的意思是吸引芥子之类的轻小物体。本词意指带有静电的物体能够吸引轻小物体的现象。 同种电荷之间互相排斥 异种电荷之间互相吸引 电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 1、一个放在长沙的电荷和一个放在湘乡的电荷之间的作用力是否可以忽略？ 2、如果这两个电荷都放在这个讲桌上并且相互靠近，电荷之间的作用力哪个大？ 3、视频：小孩被静电打飞了 4、毛皮摩擦过的橡胶棒能把人电飞吗？ 电荷间相互作用力的因素 1.可能跟电荷电量有关 2.可能与两个电荷间的距离有关 C是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小 思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？ 思考二：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？ 1.早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律。 2.卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 3.定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律。 物理学史 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 电荷之间相互作用力的大小取决于哪些因素呢？ 电荷之间相互作用力的大小取决于哪些因素呢？ 猜想： 如何简化影响因素？ 电荷量 距离 介质 形状大小 电荷分布 …… 真空 如何忽略形状、大小、电荷分布带来的影响？ q1、q2 r 回想： 忽略形状、大小简.化为一个有质量的点——质点 类比 忽略形状、大小、电荷分布简化为一个带电的点——点电荷 当带电体之间的距离比自身的大小大得多，以致形状、大小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带电的点，叫做点电荷。 点电荷 点电荷 类比 忽略形状、大小、电荷分布简化为一个带电的点——点电荷 当带电体之间的距离比自身的大小大得多，以致形状、大小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带电的点，叫做点电荷。 点电荷 理想化模型 控制变量法 （1）电荷量 q 不变，改变距离 （2）距离 r 不变，改变电荷量 当有多个因素影响的时候，采用什么方法研究？ 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 器 材 组 成 库仑的实验 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. 实验方法：控制变量法 库仑的实验 ①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，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。 ③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。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保持A、C的电量不变，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。 实验步骤： （1）探究F与r的关系 ①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 ······ ②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变A、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。 （2）探究F与q的关系 实验步骤： 国际单位制中，电荷量单位是库伦（C）、力的单位是牛顿（N）距离单位是米（m）K值由实验测定 静电力常量 库仑定律的表达式： 1、当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2 2、当之间距离不变时，F与 、 的乘积成正比 结论： 库仑扭秤 实验原理：AC之间的静电力使细丝扭转，根据扭转的角度可知力的大小（类似胡克定律）。 实验方法：控制变量法。实验思想：放大 实验步骤： 电量不变时探究力与距离的关系 结论： 距离不变时探究力与电量的关系 结论： 库仑定律 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，电荷间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力。 库仑定律的表达式 k为静电力常量K= 适用范围： （1）真空中 （2）静止的点电荷 ①看成点电荷的条件：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看作带电的点，叫做点电荷。 ②点电荷类似于力学中的质点 点电荷是一种理想化的物理模型。 库仑定律的表达式 ⑴ 库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。 ⑵ 对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。 ⑶ 库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。 ⑷ 库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条线上。 （注意：一对库仑力大小一定相等 ，与各自的带电量无关） 库仑力性质 库仑定律与万有引力定律的对比 库仑定律反映了微观带电粒子相互作用规律，万有引力定律反映了宏观物体相互作用规律。 它们均分别有常量k和G，分别跟电量的乘积和质量的乘积成正比，都跟距离的平方成反比 体现自然规律的多样性和统一性 相似处 不同点 点电荷 1、点电荷是一个理想化的模型。 2、带电体看成点电荷的条件： 当带电体的大小、形状及电荷分布对带电体之间的相互作用力影响很小时。 r R R<<r 理解： （1）两个点电荷间的库仑力是一对作用力和反作用。 （2）两个球体，r为球心间距离 （3）不能认为当r 0，F 1.0m 0.3m 1.0m 0.3m 1.0m 0.3m 1.0m 0.3m 理解 （1）适用条件 真空中 静止 点电荷 （2）相互作用力的方向：在它们的连线上 + + + - 例：A 、B 、C 三个点电荷固定在一条直线上，A 、B 均带正电，C 带负电，分析带电体 A 和 C 对 B 的库仑力的方向？ + + - 4 意义 （1）库仑定律是电学发展史上的第一个 定量 实验定律； 放大思想、均分思想、理想化模型思想 （2）类比法 在库仑定律建立过程中发挥了重要作用 通过以上对静电力和万有引力的研究讨论，请比较库仑定律和万有引力定律有哪些相似和不同之处？ 想一想？ 相似 不同 分别跟电荷量的乘积和质量的乘积成正比 都跟距离的二次方成反比 静电力是带电体间的作用力，万有引力是任何物体间的作用力 静电力有吸引力和排斥力，万有引力只有吸引力 体现自然规律的多样性和统一性 小 结： 带电体的相互作用力 相互作用观 类比思想 放大思想 均分思想 模型构建 科学思维 库仑扭秤实验结果与解释 问题 / 证据 解释 / 交流 科学探究 物理观念 电力 力学中的作用力 微小量放大 电荷量均分 点电荷 质点 小 结 1、内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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. 2、公式： 3、适用条件：⑴ 真空 ⑵ 点电荷 4、点电荷：是一种理想模型.当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时,带电体可视为点电荷. k=9.0×109N·m2/C2 课堂训练 1、关于点电荷的下列说法中正确的是：( ) A .真正的点电荷是不存在的． B .点电荷是一种理想模型． C .足够小的电荷就是点电荷． D .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计 A B D 课堂训练 2、 三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F 。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为（ ）。 A．F/2 B．F/4 C．F/8 D．3F/8 c 练习与应用 1.有三个完全相同的金属球，球A带的电荷量为q，球B和球C均不带电。现要使球B带的电荷量为 ，应该怎么操作? 2.半径为r的两个金属球，其球心相距3r，现使两球带上等量的同种电荷Q，两球之间的静电力  吗？说明道理 3.真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B(均可看作点电荷)，分别固定在两处，两球之间的静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，此时A、B之间的静电力变为多少?若再使A、B之间距离增大为原来的2倍，则它们之间的静电力又为多少? 谢谢观看 $$