9.2 库仑定律(1)课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

文山市第一中学 文山市第一中学 2027届高一物理组 第九章 静电场及运用 9.2 库仑定律 1.体会探究库仑定律过程中的思想与方法，培养科学探究能力。 2.体会建立理想模型的科学思维方法。（重点难点） 3.理解适用条件，能够用库仑定律计算两个/几个点电荷间的静电力。 4.体会库仑扭称实验的设计思路与实验方法。 5.对比库仑定律与万有引力定律，体会物理学的和谐统一之美 1 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 复习回顾： 他们间的相互作用力与哪些因素有关呢？ 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 思考与讨论： 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？ 对于影响带电体之间相互作用的因素你有哪些猜想？如何设计实验？ 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 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 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？ 探究影响电荷间相互作用力的因素 探究一： 球形导体O靠近与其带同种电荷的小球，观察不同距离下小球的变化 结论：作用力随着距离的增大而减小，随着电荷量的增大而增大。 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 探究影响电荷间相互作用力的因素 探究二： 保持带电小球位置不变，增大或减小球形导体O的电荷量，观察小球的变化 结论：作用力随着距离的增大而减小，随着电荷量的增大而增大。 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 电荷之间的作用力： （1）随距离的增大而减少； （2）随电荷量的增大而增大 实验结论： 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 文山市第一中学 思考与讨论： 电荷之间的作用力会不会与万有引力 具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力， 会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？ 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。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。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。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。 库仑 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 1.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。 （2）关系式： （3）电荷之间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力 （4）适用条件： （1）真空中；（2）静止点电荷 一、电荷之间的作用力 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 当带电体间的距离比它们自身的大小大的多，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可视为点电荷。 2.点电荷 点电荷实际不存在，是一种理想化模型。 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 用来代替带电体的带电点。 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 二、库仑的实验 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 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 二、库仑的实验 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 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。 实验步骤： （1）探究F与r的关系 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 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。 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： 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 库仑扭称实验演示 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 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： 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 例1、已知氢核的质量是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5.3×10-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力 微观粒子间的万有引力远小于库仑力，所以在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力忽略不计。 解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19c 三、静电力计算 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 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。 静电力的理解 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 例2、真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10-6 c,求：Q3所受的库仑力。 Q2 Q1 Q3 解：受力分析，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, 所以 F1 F2 F 根据平行四边形法则： 合力的方向沿Q1、Q2的连线的垂直平分线向外 30。 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 4.在边长为a的正方形的每个顶点都放置一个电荷量为q的同种点电荷。如果保持它们的位置不变，每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力是多少? ＋ ＋ ＋ ＋ q1 q2 q3 F3 F1 F2 q4 F3 F23 F2 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 5.两个分别用长13 cm的绝缘细线悬挂于同一点的相同小球(可看作质点)，带有同种等量电荷。由于静电力F的作用，它们之间的距离为10cm。已测得每个小球的质量是0.6g，求它们各自所带的电荷量。g取10m/s2。 F F 10cm mg T α 解：对其中一个小球受力分析如下图所示，设小球带电量为q，细线与竖直方向的夹角为α，由题意，细线长L=0.13m，两球心距离r=0.1m，小球质量m=6×10-4kg。 由库仑定律 联立①②③，解得 q=5.27×10-8C 根据平衡的条件，有 ① ② ③ α 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 1.关于库仑定律，下列说法中正确的是( ) A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 B.根据 ,当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C.若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力 D.库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 D 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 2.真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷），分别固定在两处，它们之间的静电力为F。 用一个不带电的同样的金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为( ) A. B. C. D. C 解析： 设AB所带电荷量为+Q。根据电荷量平分原理：当用C接触A球后，A、C所带电荷量分别为,再用C接触B，接触后B、C的电荷量为。根据库仑定律有： 接触前： 接触后： 即： ，故选C。 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 + q1 - q2 + q3 情形一：两个固定的点电荷间引入第三个点电荷，第三个点电荷处于静止状态。 ①电荷 q1、q3 带同种电荷， 两电荷之间的距离为 r，加入电荷q2 ，使 q2处于静止。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量特点。 “同内，近小” F1 F3 + q1 + q3 + q2 F3 F1 四、三带电小球的平衡 ②电荷q1、q3带异种电荷， 两电荷之间的距离为r，加入电荷q2，使q2处于静止。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量 。 + q1 + q2 - q3 F3 F1 “异外，近小” 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 情形二：两个点电荷间引入第三个点电荷，使三个点电荷均处于静止状态。 + + - + - + + + + q1 q2 q3 q1 q1 q2 q2 q3 q3 F2 F3 同种电荷无法平衡 F1 F3 同种电荷相邻无法平衡 两同夹异可能平衡 F3 F1 “两同夹一异” 四、三带电小球的平衡 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 “两同夹一异、两大夹一小、近小远大” + + - q1 q2 q3 r23 r12 r13 对q1： q2<q3 对q3： q2<q1 对q2： 四、三带电小球的平衡 情形二：两个点电荷间引入第三个点电荷，使三个点电荷均处于静止状态。 F13 F12 + + - q1 q2 q3 r23 r12 r13 F12 F23 + + - q1 q2 q3 r23 r12 r13 F23 F13 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 例题1. 两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，A处电荷带正电Q1，B处电荷带负电Q2，且Q2＝4Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在直线AB上，欲使整个系统处于平衡状态，则 ( ) A.Q3为负电荷，且放于A左方　 B.Q3为负电荷，且放于B右方 C.Q3为正电荷，且放于A与B之间 D.Q3为正电荷，且放于B右 解：根据平衡条件“两同夹一异”排除BC选项。 再根据“近小远大”排除D选项 A选项： D选项： A 四、三带电小球的平衡 电荷间的作用力 静电力计算 文山市第一中学 库仑的实验 库仑定律 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.12.100 $