1.2 库仑定律 (2课时) 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件以库仑定律为核心，从带电体间作用力影响因素的问题出发，引导学生猜想，通过建立点电荷模型简化问题，结合控制变量法与库仑扭秤实验，构建从现象到规律的学习支架，系统呈现定律内容、公式及适用条件。 其亮点在于注重模型建构（点电荷）、科学探究（实验设计与分析）和科学思维（例题变式与规律总结），如三电荷平衡“三点共线”等规律提炼。学生能提升探究能力与推理能力，教师可借助分层案例实施探究式教学，提高课堂效率。

第2节 库仑定律 问题：两个带电物体之间存在相互作用力，力的大小可能和哪些因素有关呢？ ①可能跟电荷电量有关; ②可能跟带电物体间的距离有关； 猜想： 可能跟带电体的形状以及电荷的分布有关； ………… 点电荷 当带电体之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，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷（point charge），点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型。 一、探究影响点电荷之间相互作用的因素 猜想：与距离、电荷量有关 方法： 控制变量法 简化问题，建立理想化模型: 实验结果表明：电荷之间的相互作用力随电荷量的增大而增大，随它们之间的距离的增大而减小。 实验装置 平衡小球B 悬丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 刻度 B.a、b的电荷异号，k＝ C.a、b的电荷同号，k＝ D.a、b的电荷异号，k＝ 1、内容：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。 2、公式： 静电力常量 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力 直到库仑定律发表的时候，电学才进入科学的行列。 ——劳厄 二、库仑定律（Coulomb law） 法国物理学家库仑（C.Coulomb，1736—1806）在前人工作的基础上，通过与牛顿万有引力定律的类比和自己精妙的实验研究（扭秤实验） ，在 1785 年总结出在真空中的两个静止点电荷之间相互作用力的规律。 8 在空气中的结果与真空中相差很小，因此在空气中也可使用 3．适用条件：真空、静止、点电荷 理想化模型——带电体本身线度远小于它到其他带电体的距离。其形状以及电荷分布不影响问题研究，可视作一个带电的点。 问题：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。 例1．真空中两个相同的带等量电荷的金属小球 A 和 B（均可看作点电荷），分别固定在两处，两球之间的静电力大小为 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 之间的静电力大小为( ) A．F/4 B．3F/8 C．F/8 D．3F/4 变式．如图所示，完全相同的金属小球A和B带有等量电荷（均可视为点电荷），系在一个轻质绝缘弹簧两端，放在光滑绝缘水平面上，由于电荷间的相互作用弹簧比原来伸长了x0，现将不带电的与A、B完全相同的金属球C先与A球接触一下，再与B球接触一下，然后拿走，重新平衡后弹簧的伸长量变为（ ） A． B． C．大于 D．小于 √ 例2．(教材P13第5题)已知电子的质量m1=9.10×10-31kg，质子的质量m2=1.6710-27kg，电子质子所带电量e=1.6×10-19C 解：氢原子中原子核只含有一个质子 13 练习与评价1：氢原子 例2．(教材P13第5题)已知电子的质量m1=9.10×10-31kg，质子的质量m2=1.6710-27kg，电子质子所带电量e=1.6×10-19C 因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计 电子、质子、氢原子核、a粒子、离子等 三、库仑定律的初步应用 14 练习与评价1：氢原子 在利用库仑定律进行计算时，注意： ①先用电荷量的绝对值代入公式进行计算，求静电力大小 ②然后根据电性判断电荷间的相互作用是引力还是斥力，判断静电力方向 例3．教材P12例题 ③静电力可以叠加，满足平行四边形定则，也遵循牛顿第三定律。 教材P13 第3题 例4．如图，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝5 cm，bc＝3 cm，ca＝4 cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则（　　） A．a、b的电荷同号， B．a、b的电荷异号， C．a、b的电荷同号， D．a、b的电荷异号， B.a、b的电荷异号，k＝ C.a、b的电荷同号，k＝ D.a、b的电荷异号，k＝ √ +q0 +Q1 +Q2 F1 F2 F A B C 事实表明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此，两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。 由于任何带电体都可视为由很多点电荷组成，理论上讲，利用库仑定律和静电力叠加原理， 可求出任何带电体之间的作用力。 四、静电力的叠加 例5．如图所示，圆心为O、半径为R的均匀带电圆环位于水平面内，带电量为Q。一个质量为m，带同种电荷带电量也为Q的小球，在圆心O的正上方高为h的O'处，处于静止状态，若O'与圆环上任一点的距离为L，则OO'间的距离h为（静电力常量为k，重力加速度为g）（　　） A． B． C． D． √ 教材P12 拓展：微元法 课后作业： 1、完成：完成高效方案（P6-P10）&课时跟踪检测（二）（A级） 2、阅读：教材P13发展空间 下节计划： 库仑定律习题课 § 1.2 库伦定律(第2课时) 第一章 静电场 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)表达式：F＝k 式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量 r的理解 条件 大小 方向 知识回顾 问题1：在真空中有两个相距l的点电荷A和B，带电荷量分别为q1=+q，q2= +9q。 (1)若A、B固定，在什么位置放入第三个点电荷q3，可使之处于平衡状态，q3应带何种电荷，放在何处，电荷量又是多少？ (2)若以上三个电荷皆可自由移动，要使它们都处于平衡状态，q3应带何种电荷，放在何处，电荷量又是多少？ 对其中任意一个小球：将受到两个等大反向的库仑力作用而处于平衡状态。 库仑力参与下的平衡问题 规律： “三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上； “两同夹异”——正负电荷相互间隔； “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小； “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷． 问题2：教材P13第4题 变式：如图，质量分别为mA和mB的两小球带有同种电荷，电荷最分别为qA和qB，用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时，两小球恰处于同一水平位置，细线与竖直方向间夹角分别为θ1与θ2（θ1＞θ2）。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动，最大速度分别vA和vB，最大动能分别为EkA和EkB。则（ ） （A）mA一定小于mB （B）qA一定大于qB （C）vA一定大于vB （D）EkA一定大于EkB 问题3：如图所示，电荷量为Q1、Q2的两个正点电荷分别置于A点和B点，两点相距为L，在以L为直径的光滑绝缘半圆环上，穿着一个带电荷量为q的小球(视为点电荷)，在P点平衡，若不计小球的重力，那么PA与AB的夹角α与Q1、Q2的关系满足(　　) 问题4：如图所示，竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘，两个带有同种电荷的小球A、B分别处于竖直墙面和水平地面，且共处于同一竖直平面内．若用图示方向的水平推力F作用于B，则两球静止于图示位置，如果将B稍向左推过一些，两球重新平衡时的情况与原来相比（ ） A．推力F将增大 B．墙面对A的弹力将减小 C．地面对B的弹力减小 D．两小球之间的距离增大 多物体平衡 问题5：如图所示，竖直绝缘墙壁上的Q处有一个固定的质点A，在Q的上方P点用丝线悬挂着另一个质点B。A、B两质点因带同种电荷而相斥，致使悬线与竖直方向成θ角，由于漏电使A、B两质点带的电荷量逐渐减少，在电荷漏完之前悬线对P点的拉力大小将（ ） A．保持不变              B．先变小后变大 C．逐渐减小              D．逐渐增大 h d l h<l h>l B h l Q h l 动态平衡 *变式、如图所示，在光滑小滑轮C正下方相距h的A处固定一电量为Q的点电荷，电量为q的带电小球B，用绝缘细线拴着，细线跨过定滑轮，另一端用适当大小的力拉住，使小球处于静止状态，这时小球与A点的距离为R，细线CB与AB垂直，（静电力恒量为k，环境可视为真空），则小球所受的重力的大小为 ；缓慢拉动细线（始终保持小球平衡）直到小球刚到滑轮的正下方过程中，拉力所做的功为 。 库仑力参与下的动力学问题 问题6：质量均为m的三个带电小球A、B、C用三根长度均为l的绝缘丝线相互连接，放置在光滑绝缘的水平面上，A球的电荷量为＋q。在C球上施加一个水平向右的恒力F之后，三个小球一起向右运动，三根丝线刚好都伸直且没有弹力，F的作用线的反向延长线与A、B间的丝线相交于丝线的中点，如图所示。已知静电力常量为k，求： （1）B球的电荷量？ （2）C球的电荷量？ （3）三个小球一起运动的加速度大小？ （4）恒力F的大小？ 问题7：如图所示，固定的光滑绝缘细杆与水平方向成30°角，O、A、B、C是杆上的四点，OA=AB=BC=L/2，带电小球甲固定在O点，质量为m的带电小球乙穿在杆上。当乙在B点时，恰处于平衡状态；现将乙置于A点，给乙施加一个始终平行于杆的外力，使乙沿杆向上做初速度为零，加速度为0.5g的匀加速运动。若甲、乙均视为质点，g为重力加速度值。求： （1）在A点施加的外力； （2）外力为零时瞬间，甲、乙间的距离； （3）外力在C点的功率大小。（结果用m、g、L表示） 课后作业： 1、完成：大书专题一（P11-P13） 2、预习：教材第3节内容 下节计划： 必修三第3节静电场 电场强度和电场线 *1、如图，天花板上固定一个光滑小环 ，一绝缘细绳穿过光滑小环，两端分别与带电小球 A、B 连接，A 、B 的质量分别为m1 和 m2，带电荷量分别为 q1、q2 系统静止时，小球 A、B 和光滑小环的距离分别为L1 ，L2 ，细绳 OA段与竖直方向的夹角为α ，细绳 OB段与竖直方向的夹角为β，两带电小球均可视为点电荷，则以下关系式正确的是（　　） A． α=β B． m1 /m2 = L2 /L1 C． q1/q2 = L2 /L1 D． m1 /m2 =sinβ/ sinα 教材P13第4题拓展 *2、水平面上A、B、C三点固定着三个电荷量为Q的正点电荷，将另一质量为m的带正电的小球(可视为点电荷)放置在O点，OABC恰构成一棱长为L的正四面体，如图所示．已知静电力常量为k，重力加速度为g，为使小球能静止在O点，小球所带的电荷量为（ ） A． B． C． D． *3、如图所示，在倾角为α的光滑绝缘斜面上固定一个挡板，在挡板上连接一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧，弹簧另一端与A球连接。A、B、C三小球的质量均为M，qAq00，qBq0，当系统处于静止状态时，三小球等间距排列。已知静电力常量为k，则（　　） A． B．弹簧伸长量为 C．A球受到的库仑力大小为2Mg D．相邻两小球间距为 FormatFactory Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $