第9章 第2节 库仑定律（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版 江苏专用）

该高中物理课件聚焦库仑定律，涵盖点电荷模型、库仑定律内容及适用条件、静电力计算与叠加等核心知识点。从电荷间作用力实验切入，通过质疑辨析和情境思考，搭建从模型建构到规律应用的学习支架，衔接前后知识逻辑。 其亮点在于以科学思维和科学探究为核心，通过库仑扭秤实验分析微小量放大法与控制变量法，结合学考选考分层达标设计及典例题组，帮助学生深化物理观念，提升问题解决能力，教师可借此高效实施分层教学。

第2节　库仑定律(赋能课精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 1.知道点电荷模型。 2.知道两个点电荷间相互作用的规律。 3.体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。 学考 层级 1.点电荷模型及建立点电荷模型的条件。 2.库仑定律的内容、公式及适用条件。 选考 层级 1.通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 2.能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力，会利用力的合成知识解决多个电荷间的相互作用问题。 一、电荷之间的作用力 1.库仑定律：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.适用条件：(1)在真空中；(2)静止点电荷。 3.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。 [微点拨] (1)点电荷是不必考虑其形状和大小的带电体。 (2)点电荷不是元电荷。 [质疑辨析] 　　如图，O是一带正电的物体，把系在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。利用此装置探究影响电荷间相互作用力的因素。 请结合图判断下列结论是否正确。 (1)悬线与竖直方向之间的夹角越大，带电物体与小球之间的作用力越大。 (√) (2)带电物体与小球之间的距离越大，它们之间的相互作用力越大。 (×) (3)两带电物体之间的静电力一定与它们之间的距离的平方成反比。 (×) 二、库仑的实验　静电力计算 1.库仑的实验 (1)库仑扭秤实验是通过悬丝扭转角度比较静电力F大小的。实验结果发现静电力F与距离r的二次方成反比。 (2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个完全相同的金属小球接触，电荷量平分的方法，发现静电力F与q1和q2的乘积成正比。 (3)公式：F=k，其中k=9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。 2.静电力计算 (1)两个点电荷间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。 (2)两个或者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点电荷的作用力的矢量和。 [情境思考] 　　如图所示的实验装置为库仑扭秤。细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个不带电的金属球A，另一端有一个不带电的绝缘球B，B与A所受的重力平衡，当把另一个带电的金属球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小，便可找到力F与距离r和电荷量的关系。这一实验中用到了哪些物理方法? 　　提示：微小量放大法和控制变量法。 强化点(一)　对点电荷的理解 任务驱动 　 如图所示，火箭发射升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电。 在研究发射升空后的火箭与地球的静电力时，能否把火箭看成点电荷? 　　提示：能。 [要点释解明] 1.点电荷是理想化模型 只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 2.带电体看成点电荷的条件 如果带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷。 3.注意区分点电荷与元电荷 (1)元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值。 (2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍。 　　[典例]　(2025·仪征调研)下列关于点电荷的说法正确的是 (　　) A.任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷 D.一切带电体都可以看成是点电荷 　　[解析]　能否把一个带电体看作点电荷，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定，若它的体积和形状对研究问题的影响可忽略不计，就可以将其看成点电荷，故选项C正确。 　　[答案]　C [思维建模] (1)一个带电体能否看作点电荷，是对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定。 (2)一个带电体能否看作点电荷，取决于它本身的大小是否比与它相互作用的带电体和它之间的距离小得多。 [题点全练清] 1.下列关于点电荷的说法中正确的是 (　　) A.只有体积很小的带电体才能作为点电荷 B.点电荷的电量可以是任意值 C.点电荷一定是电量很小的电荷 D.两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 解析：选D　带电体能否看作点电荷由研究问题的性质决定，与自身的大小和形状无具体关系，体积很小或电量很小的带电体不一定能作为点电荷，两个带电的金属小球，也不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理，故A、C错误，D正确；点电荷的电量一定是元电荷的整数倍，B错误。 2.下列说法中正确的是 (　　) A.点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是电子 B.点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体 C.两带电荷量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式F=k计算 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 解析：选D　点电荷不是客观存在的，是理想化模型，真正的点电荷并不存在，在一定条件下电子可看作点电荷，A错误；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，则点电荷不一定是体积和带电荷量都很小的带电体，B错误，D正确；两带电荷量分别为Q1、Q2的球体，只有在真空中可看成点电荷时适用于库仑定律，可用公式F=k计算，C错误。 强化点(二)　对库仑定律的理解 任务驱动 　 　　如图所示，相隔一定距离的两个带异种电荷的金属球，因体积偏大而不能被视为点电荷，如果用两个金属球的球心间距来计算静电力，计算结果比真实值偏大、偏小还是相等?为什么? 　　提示：偏小。由于异种电荷相互吸引，使电荷分布如图所示，电荷间距小于两球的球心间距。根据库仑定律，距离越小，静电力越大，所以计算结果比真实值偏小。 [要点释解明] 1.对库仑定律的理解 (1)公式：F=k。 (2)适用条件： ①在真空中(空气中也近似成立)； ②两个静止的点电荷。 注意：r→0时，带电体不能看成点电荷，库仑定律不再适用。不能根据r→0时，得出F→∞的结论。 2.对静电力的认识 (1)利用库仑定律计算静电力大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。 (2)利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断方向。 (3)两个点电荷之间的静电力是一对作用力与反作用力，大小一定相等。 [题点全练清] 1.两个等大导体球壳分别带+q、-q的等量异种电荷，设两个导体球壳之间的静电力大小为F，静电力常量为k，两球壳球心距离为r，则 (　　) A.F= B.F> C.F< D.无法比较 解析：选B　根据库仑定律有F0=k，表达式中的r0为电荷分布密集中心之间的间距。导体球壳分别带+q、-q的等量异种电荷，由于两个导体球壳上的正负电荷相互吸引，导致导体球壳电荷分布的密集中心之间的距离小于球心距离r，可知静电力大于，即有F>，故选B。 2.(2025·河北高考，改编)如图所示，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.6 解析：选A　C先跟A接触后，两者电荷量均变为q1=，C再跟B接触后，两者电荷量均变为q2==，此时A和B之间静电力大小仍为F=，则有F==，解得Q=q或Q=-5q，则Q∶q的绝对值可能是1或者5。故选A。 3.如图所示，一半径为R的绝缘球壳上均匀带有-Q的电荷，另一电荷量为+q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零。现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受的力的大小和方向分别是怎样的? 解析：由于r≪R，所以球壳上挖去的部分可视为点电荷，由库仑定律得F=，其中Q'=·πr2，得出F=，方向由球心指向小圆孔的圆心。那么剩下的球壳上的电荷对球心处点电荷的力的大小F'=F=，方向在小圆孔的圆心与球心的连线上，背离小圆孔的圆心。 答案：　方向在小圆孔的圆心与球心的连线上，背离小圆孔的圆心 强化点(三)　静电力的叠加 [要点释解明] 1.点电荷间静电力的特点：真空中两个静止点电荷之间静电力的大小只跟两个点电荷所带的电荷量及它们之间的距离有关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关。 2.静电力叠加原理：若空间存在多个点电荷，某点电荷受到的静电力等于其他点电荷单独存在时对这个点电荷的静电力的矢量和。 　　[典例]　如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1=+2×10-14 C和Q2=-2×10-14 C。在AB的垂直平分线上有一点C，且AB=AC=BC=6×10-2 m，k=9.0×109 N·m2/C2。如果有一高能电子在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何? 答题区(面答面评，拍照上传，现场纠错品优) [解析]　高能电子在C点同时受A、B处点电荷的作用力FA、FB，如图所示。 由库仑定律得 FA=FB=k=9.0×109× N=8.0×10-21 N 由平行四边形定则得，在C点的高能电子受到的库仑力F=FA=FB=8.0×10-21 N，方向平行于AB向左。 [答案]　8.0×10-21 N　方向平行于AB向左 [思维建模] 静电力叠加的计算技巧 (1)静电力叠加遵循平行四边形定则，先求出点电荷所受的每一个静电力，再应用平行四边形定则求合力。 (2)注意两个等大的力的合成，合力一定沿其角平分线方向，可利用对称性求解。 (3)计算静电力时，不但要求出静电力的大小，还要说明静电力的方向。 [题点全练清] 1.(2025·江苏省天一中学高二月考)如图所示，真空中a、b、c三处分别固定电荷量为+q、-q、+q的三个点电荷。已知静电力常量为k，ab=bc=l，∠abc=120°。 则b处点电荷受到a、c两处点电荷的库仑力的合力大小为 (　　) A. B. C. D. 解析：选A　设a、c两处点电荷对b处点电荷的库仑力大小均为F，由库仑定律F=，再根据平行四边形定则，可知b处点电荷受到a、c两处点电荷的库仑力的合力大小为F合=F=，故A正确。 2.(2025·盐城阶段练习)如图所示，在绝缘水平面上固定三个带电小球a、b和c，相互之间的距离ab=4 cm、bc=2 cm，bc垂直于ac。已知小球b所受的库仑力的合力方向平行于ac边，设小球a和c所带电荷量的比值为n，则 (　　) A.a和c带同种电荷，n=4 B.a和c带异种电荷，n=4 C.a和c带同种电荷，n=8 D.a和c带异种电荷，n=8 解析：选D　假设a、c带同种电荷，则b受到的库仑力的合力方向不可能平行于ac边，故a、c带异种电荷。由相似三角形得∶ab=∶bc，解得n==3=8，故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $