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

该高中物理课件聚焦“库仑定律”，系统涵盖定律内容、适用条件、点电荷模型及库仑扭秤实验，通过“带电小球在不同位置和电荷量下的受力探究”情境导入，结合万有引力定律类比，搭建从电荷相互作用现象到规律总结的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过库仑扭秤实验的控制变量法培养科学思维，点电荷模型建构体现理想化方法，库仑力与万有引力对比表格强化物理观念。学生能深化相互作用认知，教师可借助例题与训练题提升教学效率。

9.2 库仑定律 第九章 静电场及其应用 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、P 3 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？ 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？ 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 问题 ？ 物理观念：知道库仑定律的内容及适用条件，会用库仑定律进行简单的计算。 科学思维：了解点电荷的概念，体会科学研究中的理想模型方法; 了解库仑扭秤实验及其所蕴含的设计思想。 科学探究：利用库仑定律公式求解静力学问题，只限于所受各力在同一直线上或可运用直角三角形知识求解的情形。 科学态度与责任：利用库仑定律公式与其他动力学规律求解力学与电学综合的问题，只要求所受各力在同一直线上的情形。 教学重难点 教学重点：1.电荷之间的相互作用力与距离、电荷量的关系。 2.库仑定律的内容、适用条件及应用。 教学重点：会用库仑定律的公式进行有关静电力的计算。 体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养， 让我们一起 吧！ 进 走 课 堂 【探究一：影响电荷间相互作用力的因素】 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。 （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？ （3）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 一、电荷之间的作用力 结论： 1.带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越小，力越小。 T G F 偏角越大，力越大 α 2.距离越近，偏角越大，力越大；距离越远，力越小。 小球受力示意图 尝试用你自己的语言总结下：电荷之间的作用力与电荷量和距离有怎样的关系？我们以前学过什么规律与它很像？ 电荷之间的作用力 实验表明：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。 艾萨克·牛顿 万有引力定律：任何两个物体之间都存在相互吸引的力，引力大小与两物体质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比，方向沿两物体连线的方向。 亨利·卡文迪许 约瑟夫·普里斯特利 卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 查利·奥古斯丁·库仑 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。 电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力 + - 两个电荷之间的相互作用力彼此是什么关系？两个电荷量不一样的电荷间彼此相互作用力相等吗？ 实际情况 + + + + + - - - - - + + + + + + + + + + 实际上的带电体都具有一定的大小和形状，会对结果产生什么影响？以下情况利用公式计算是偏大还是偏小？如何解决这个问题？ 理想化模型：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 我们还学过哪些理想化模型？ 查利·奥古斯丁·库仑 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。 议一议： 1.如何验证库仑的“假设”？ 2.遇到什么困难？ 3.如何解决这个困难？ (一) 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。 1、实验装置：库仑扭秤 2、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B 想一想：B球的作用是什么呢？ 使A球在水平面内平衡 二、库仑的实验 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 3、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 4、实验方法：控制变量法 5、实验步骤： 探究F与r的关系： (1)把另一个带电小球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 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？ 探究F与q的关系： 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。 库仑的实验 查利·奥古斯丁·库仑 俯视图 + C + A B 改变A、C的电量 看扭转程度得： 改变A、C的距离 看扭转程度得： 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。 公式： ， 式中： k是比例系数，叫做静电常量, 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。 电荷间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力。 三、库仑定律 式中的k是比例系数，叫做静电力常量。 2.库仑定律的表达式 （1）真空中 （3）点电荷 ②点电荷是一种理想化的物理模型。 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。 【类比】点电荷类似于力学中的质点 （2）静止的 3.适用范围： 注意：是否可将带电体看作点电荷不是看它本身的尺寸大小。 如：一个半径是10cm的带电圆盘，如果考虑它和相距10m处的某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷，而如果电子离带电圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘就相当于一个无限大的带电平面。 又如： 同种电荷：电荷布在金属球外侧 异种电荷：电荷分布在金属球内侧 +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 想一想：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？适用于r=0的情况? ①若是点电荷，r为两点间距离 ②相距较远时，均匀带电球体或球壳对其外部点电荷的作用，r是球心与球外点电荷间的距离 ③公式不适用于r→0的情况 （2）如何确定半径r r 注意： （1）计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。 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） 1.理解静电力 三、静电力的计算： 根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距 1 m 时，相互作用力是 9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距 1 m 的两个物体都带 1 C 的电荷量. 通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑. 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: 库仑定律是电磁学的基本定律之一，它由法国物理学家库仑（1736-1806）于1785年在实验研究中发现。 你能初步谈谈库仑力和万有引力 的共同点和不同点吗？ 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 例题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 , 所以 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。 F1 F2 F3 q1 q2 q3 + + + 点电荷：物理学上把本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体叫做点电荷。 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。 大小： 式中的k是比例系数，叫做静电常量 说明：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸 1.（多选）（2025·河北高考）如图，真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B，带有等量同种电荷，电荷量为q，两者间距远大于小球直径，两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触，再跟B接触，移走C后，A和B之间的静电力大小仍为F，则Q:q的绝对值可能是（　　） A．1 B．2 C．3 D．5 AD 2.如图所示，真空中两个半径为a的金属球固定在绝缘支架上，两球心之间的距离r=4a，将它们分别带上电荷量为q的异种电荷，静电力常量为k。则关于两球之间库仑力大小的说法，正确的是（　　） A．等于 B．等于 C．大于 D．介于 和 之间 D 3.两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示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AB直线上．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AB之间 D、Q3为正电荷，且放于B右方 A 4.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 B 5.(2024·新课标全国卷)如图,两根不可伸长的等长绝缘细绳的上端均系在天花板的O点上,下端分别系有均带正电荷的小球P、Q;小球处在某一方向水平向右的匀强电场中,平衡时两细绳与竖直方向的夹角大小相等。则 (　　) A.两绳中的张力大小一定相等 B.P的质量一定大于Q的质量 C.P的电荷量一定小于Q的电荷量 D.P的电荷量一定大于Q的电荷量 B 谢谢聆听 $