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

第九章 静电场及其应用 第2节 库仑定律 导入新课 回顾 电荷之间相互作用力遵循什么规律？ 甲 乙 丙 同种电荷之间存在斥力 异种电荷之间存在引力 思考：电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 一、探究电荷之间的作用力 第2节 库仑定律 一、探究电荷之间的作用力 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？ 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？ 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 一、探究电荷之间的作用力 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。 一、探究电荷之间的作用力 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。 一、探究电荷之间的作用力 定量研究： 电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，卡文迪什、普里斯特利都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。 卡文迪什 普里斯特利 库仑 二、库仑的实验 第2节 库仑定律 三、库仑的实验 遇到困难 电荷量无法直接测量 距离不便测量 微小力不易测量 平分电荷量 放大微小力 等倍改变距离 C 细银丝 平面镜 平衡小球B 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 1.实验装置 三、库仑的实验 控制变量法 微小量放大 当电荷量不变时，F与距离r的二次方成反比 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。 1 库仑扭秤实验 实验步骤 当距离不变时,F与 的乘积成正比 改变A和C的电荷量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。 探究F与q的关系： 2 库仑扭秤实验 实验结论 ①当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 ②当距离不变时，F与q1q2的乘积成正比 综合结论 三、库仑的实验 三、库仑定律 第2节 库仑定律 二、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。电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 查理·库仑 2.表达式： k为比例系数，叫做静电力常量，在国际单位制中，即： 二、库仑定律 3.适用条件： ① 真空中； ② 静止的点电荷。 4.作用力在它们的连线上： 5.注意：①计算库伦力大小时只将电荷量的绝对值代入； ②方向在两点电荷的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸。 【例题1】真空中有两个完全相同、相互吸引的导体小球A和B（可视为点电荷），小球A所带的电荷量是小球B的3倍。将两小球固定在空间某两点时，它们之间库仑力的大小为F。将两小球互相接触后再放回原处，它们之间库仑力的大小为（　　） A． B． C．F D．无法判断 A 四、静电力 六、练习与应用 【例题2】真空中两个完全相同、带等量异种电荷的金属小球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，用一个不带电的相同金属球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 二、库仑定律 如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可看作点电荷。 （1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上是不存在的。 （2）均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作点电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。 点电荷 只有电量，没有大小、形状的理想化模型 例1 例1 例1 A．只有体积很小的带电体才能看成是点电荷 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间的距 离时，可将这两个带电体看成是点电荷 D．一切带电体都可以看成是点电荷 带电体能否看做点电荷，和带电体的体积无关，主要看带电体的体积对所研究的问题是否可以忽略。 解析 C 【例题3】下面关于点电荷的说法正确的是(　　) 【例题4】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 四、静电力 拓展学习 同种电荷电荷分布在金属球外侧 异种电荷电荷分布在金属球内侧 思考：两个靠近的带电金属球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？他们之间的库仑力能否直接利用库仑定律计算？ +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 四、静电力 第2节 库仑定律 1.对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和. 2.电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则. 七、提升训练 【例题5】如图所示，质量为m的带电小球N用绝缘丝线悬挂于P点，另一带正电小球M固定在带电小球N的左侧，小球N平衡时，绝缘丝线与竖直方向夹角为θ，且两球球心在同一水平线上。关于小球N的电性和所受库仑力的大小，下列判断正确的是(重力加速度为g)（ ） B 【例题6】如图所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带正电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示，则下列说法正确的是（ ） A.C带正电，且QC＜QB B.C带正电，且QC＞QB C.C带负电，且QC＜QB D.C带负电，且QC＞QB C 【例题7】如图所示，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（ ） D 四、静电力 例题1.在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10-11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。 根据库仑定律，它们之间的静电力为： 根据万有引力定律，它们之间的万有引力为： 氢原子核和电子之间的静电力远大于万有引力，研究微观粒子的相互作用时，经常忽略万有引力。 q1=1.60×10-19 C m1=1.67×10-27 kg q2=1.60×10-19 C m2=9.1×10-31 kg 解： 四、静电力 例题2.真空中三个带正电的点电荷，它们固定在边长为 50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是 2.0×10-6 C，求它们各自所受的静电力。 解：每个点电荷都受其他两个点电荷的斥力，且：q1 = q2= q3 = q 所以： 根据平行四边形定则，合力是: 点电荷q3所受合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。 q1 q2 q3 F2 F F1 ＋ ＋ ＋ 五、课堂总结 第2节 库仑定律 五、课堂总结 电荷 库仑定律 理想 模型 点电荷 表达式 k为静电力常量 大小 方向判断 扭秤实验 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。 内容 真空中、静止的、点电荷 条件 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.12.100 A.引力 B.引力 C.斥力 D.斥力 A.正电， B.正电，mgtan θ C.负电，mgtan θ D.负电， A.a、b带同种电荷，k＝ B.a、b带异种电荷，k＝ C.a、b带同种电荷，k＝ D.a、b带异种电荷，k＝ $