1.2 库仑定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

库仑扭秤是定量研究电荷间相互作用力与电荷量及距离间关系的仪器。下面我们介绍它的结构，这个是安装在绝缘棒上的金属小球，它的位置是固定的，我们称为固定的带电小球。一根玻璃棒悬挂在金属细丝上，两端各固定一个质量相等的小球。左边是带电的，右边的小球不带电，只起平衡作用。上方有一个固定的刻度盘，与金属丝相连的是旋钮和指针。我们再用动画的形式展示一下它的原理，使左边两球带等量同种电荷由于静电斥力作用而发生偏转。用力转动旋钮和指针，使玻璃棒回到原来位置。根据开始时玻璃棒转过的角度，以及后来旋钮指针旋转的角度，就可以知道两带电球间的斥力大小。 nullPhysics 第二节 库仑定律 第一章 静电场的描述 学习目标 理解库仑定律的内容、公式及适用条件。 02 知道点电荷的概念，明确带电体可以看作点电荷的条件。 01 理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算。 03 重点 重点 难点 观看视频，回答原理 电荷之间相互作用力会遵循什么样规律呢？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 同种电荷相互排斥 公司logo 公司logo 情境导入 点电荷 01 怎样简化这些因素，方便进行实验探究？ 介质 ? 大小形状？ 电荷分布？ 研究表明，带电体之间的相互作用力除了与它们所带的电量及相对位置有关，还与它们的形状和大小有关，这大大增加了研究这一问题的复杂性。 电荷量 q1? q2 ? 距离r ? √ √ 真空 能忽略其影响吗？ 5 q q L=30r r r 大小形状 电荷分布 q q q q L=3r r r + + + + - - - - 点电荷 建构模型 带电体本身的大小比它与其他带电体的距离小得多 电荷分布可忽略 点电荷：理想化的物理模型，只有电荷量，没有大小、形状，类似于力学中的质点，实际不存在。这个带电的点称为点电荷。 6 1.带电体的体积很小，所带电量很小，就一定能将带电体看作点电荷吗？现实中存在点电荷吗？ 答案　不能，一个带电体能否看作点电荷要视具体情况而定，不能只看体积大小或所带电量的大小。点电荷是一种理想模型，现实中不存在点电荷。 2.带电体能看作点电荷的条件是什么？ 答案　带电体本身的大小远小于它与其他带电体之间的距离。 公司logo 公司logo 讨论与交流 (1)点电荷的电量一定是1.6×10-19 C。(　　) (2)球状带电体一定可以看成点电荷。(　　) (3)点电荷就是元电荷。(　　) (4)一个带电体能否看成点电荷应视具体情况而定。(　　) (5)同一个带电体有时可以看作点电荷，有时则不能看成点电荷。 (　　) √ × √ × × 辨析 影响静电力的因素 和库仑定律 02 如图，带电体C置于铁架台旁。 (1)把带正电的小球先后挂在P1、P2、P3位置，发现摆线偏角减小，此现象说明什么？ 对小球受力分析知，静电力 F＝mgtan θ，偏角减小，静电力 F 减小。 (2)在P1，增大小球所带电荷量发现小球摆线偏角增大，说明什么？ 静电力 F 增大。 (3)通过以上探究总结电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 电荷之间作用力的大小与电荷量和电荷间的距离有关，且静电力随着电荷量的增加而增大，随着距离的增大而减小。 + 库仑扭秤实验 库仑扭秤实验 ① 实验结果发现，在保持两个带电体的电荷量不变时，它们之间静电力的大小与它们之间距离的二次方成反比。 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带电体接触后电荷量平分的方法，发现保持两个带电体间的距离不变时，F 与 q1 和 q2 的乘积成正比。 ③ 库仑扭秤实验用到微小量放大法和控制变量法的实验方法。 公司logo 公司logo 要点归纳 a.在真空中；b.静止的点电荷。 3.条件 库仑定律 2.公式 F=k，其中 k =9.0×109N·m2/C2，叫作静电力常量。 1.内容 在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与它们的电量 q1、q2 的乘积成正比，与它们之间距离 r 的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。静止点电荷之间的这种相互作用力称为静电力或库仑力。 公司logo 公司logo 要点归纳 1.当两个电荷之间的距离r→0时，能否根据F＝k 推出两电荷之间的库仑力 F→∞ ？ 答案　不能，当 r→0 时电荷不能看成点电荷了。 2.两个半径为 r 的金属球，球心间距离为 3r，现使两球带上等量同种电荷 q，它们之间的库仑力 F＝k，对吗？若使两球带上等量异种电荷，库仑力为F＝k，对吗？ 公司logo 公司logo 讨论与交流 答案　两个规则的带电球体相距比较近时，不能看作点电荷，此时必须考虑电荷在球体上的实际分布。若带同种电荷时，如图(a)，由于同种电荷排斥，电荷分布于最远的两侧，电荷中心距离大于3r，此时F<k；若带异种电荷时，如图(b)，由于异种电荷吸引，电荷分布于最近的两侧，电荷中心距离小于3r，此时F>k。 (1)两电荷的电荷量越大，它们之间的静电力就越大。(　　) (2)两点电荷之间的作用力是相互的，其方向相反，但电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大。(　　) × × 辨析 1.A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，B处点电荷所受的静电力为F；移去A处点电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，则B处点电荷所受的静电力为 A.－ B. C.－F D.F √ 例题 在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，B处点电荷所受静电力大小为F＝；在C处放一电荷量为－2q的点电荷时，B处点电荷所受静电力大小为F'＝，且不管B处点电荷是正电荷还是负电荷，两种情况下，B处点电荷受到的静电力的方向都相同，故B正确。 2.(2024·佛山一中检测)真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球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之间的静电力大小是 A.F B.8F C.F D.16F √ 根据题意，设金属小球A的电荷量为q，则金属小球B的电荷量为－q，两球的距离为r，则有F＝，用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，则有qA＝qC＝，再与B接触，然后移开C，则有qB＝＝－，此时A、B之间的静电力大小为F'＝·F。故选A。 静电力的计算 03 如图所示，真空中有三个带正电的点电荷A、B、C，它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上，电荷量都是Q，则点电荷C所受的静电力多大？方向如何？ 以C为研究对象，根据库仑定律，点电荷C共受到F1和F2两个静电力的作用，如图所示，每两个点电荷之间的距离都 相同，故F1＝F2＝k，根据平行四边形定则，合力 大小为F＝2F1cos 30°＝k，合力的方向沿A与 B连线的垂直平分线斜向右下方。 静电力计算 微观带电粒子间的万有引力远小于静电力。 在研究微观带电粒子的相互作用时，可把万有引力忽略。 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点电荷的作用力的矢量和。 公司logo 公司logo 要点归纳 两点电荷间的静电力与周围是否存在其他电荷无关。 任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成 若知道带电体上的电荷分布，由库仑定律可求出带电体之间的静电力的大小和方向。 静电力计算 公司logo 公司logo 要点归纳 3.如图所示，在光滑绝缘的水平面上，三个静止的带电小球a、b和c分别位于三角形的三个顶点上，已知ab＝l，ca＝cb，∠acb＝120°，a、c带正电，b带负电，三个小球(可视为质点)所带电荷量均为q，静电力常量为k。下列关于小球c所受库仑力的大小和方向描述正确的是  A.，方向平行于ab向右 B.，方向平行于ab向右 C.，方向平行于ab向右 D.，方向平行于ab向左 √ 例题 由题意，结合几何关系可得ac＝bc＝＝l， 小球c受到小球a的库仑力F1＝k，同理小球c 受到小球b的库仑力F2＝F1，且两力夹角为60°， 如图所示，根据力的平行四边形定则，小球c受到小球a、b库仑力的合力大小F＝2F1cos 30°＝k，方向平行于ab向右，故A正确，B、C、D错误。 4.如图所示，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，每个点电荷受到其他三个点电荷的静电力的合力大小是多少？(静电力常量为k) 答案　()k 以顶点上的某个点电荷为研究对象，则对角线上的点电荷对它的库仑斥力为F1＝k 相邻两点的点电荷对它的库仑斥力大小均为F2＝F3＝k 根据力的合成法则，点电荷所受的静电力的合力大小为 F＝k＋2kcos 45°＝()k。 库仑定律 带电的点 条件：本身大小远小于带电体之间的距离 适用条件：a.在真空中；b.静止的点电荷。 库仑定律公式 : F=k 点电荷 影响静电力的因素和 库仑定律 静电力的计算 静电力的叠加 因素 : 电荷量、电荷间的距离 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $