1.导学案 第九章 静电场及其应用 2.库仑定律（课件PPT）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）配套课件

该高中物理课件围绕库仑定律展开，涵盖定律探究过程、点电荷模型及静电力计算。通过带电小球位置与电荷量变化的情境实验，以问题链引导学生从定性到定量分析，搭建从电荷性质到库仑定律建立的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，运用控制变量法（如改变距离和电荷量）、理想模型建构（点电荷）及库仑扭秤实验分析，培养科学思维与物理观念。典例结合原子结构等实际问题，帮助学生掌握静电力叠加原理，提升学生探究能力，也为教师提供结构化教学资源。

2.库仑定律 01 课堂检测·自我诊断 学习任务一 学习任务二 学习任务三 内容概览 学习目标 学后评价 1.了解库仑定律探究过程,体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 优秀□　良好□ 2.知道点电荷的概念,体会物理中的理想模型建立过程。 优秀□　良好□ 3.了解库仑扭秤实验。 优秀□　良好□ 4.理解库仑定律的内容、公式及适用条件,并会求点电荷间的作用力。 优秀□　良好□ 返回 学习任务一　电荷之间的作用力 【情境引领】 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。(小球与带电体C的球心始终在同一水平面上) 问题1.改变悬点位置,即改变带电体C与带电小球之间的距离,作用力会如何改变? 提示:电荷之间的作用力随着距离的增大而减小。 返回 问题2.在同一位置增大小球所带的电荷量,作用力又会怎样变化? 提示:作用力随着电荷量的增大而增大。 问题3.电荷之间作用力的大小与哪些因素有关? 提示:电荷之间作用力的大小与电荷量和电荷间的距离有关。 返回 【新知导学】 1.探究影响电荷之间相互作用力的因素 (1)实验现象: ①小球带电荷量一定时,距离带电物体越远,丝线偏离竖直方向的角度_____。 ②小球处于同一位置时,小球所带的电荷量越大,丝线偏离竖直方向的角度 _____。 (2)实验结论:电荷之间的作用力随着电荷量的增大而_____,随着距离增大而 _____。 越小 越大 增大 减小 返回 2.电荷之间的作用力 (1)点电荷 ①定义:当带电体之间的距离比它们自身的大小_______,以致带电体的 _____、_____及_____________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_______。 ②带电体看成点电荷的条件:带电体本身的大小_______它们之间的距离。 ③点电荷是一个___________,与力学中的质点类似。 大得多 形状 大小 电荷分布状况 点电荷 远小于 理想化模型 返回 (2)库仑定律 ①定义:_____中两个_____点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的 _____成正比,与它们的距离的_______成反比,作用力的方向在它们的 _______。 ②适用条件:a._________;b.___________。 (3)静电力:静止点电荷之间的相互作用力,也叫作_____力。 真空 静止 乘积 二次方 连线上 在真空中 静止点电荷 库仑 返回 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)探究电荷之间的作用力与某一因素的关系时,可以采用控制变量法。(　　) (2)实验表明电荷之间的作用力一定和电荷间的距离的二次方成反比。(　　) (3)只要是体积很小的带电体就能看作点电荷。(　　) (4)只要是均匀的球形带电体,不管球的大小如何,都能看作点电荷。(　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 2.若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量,则q1对q2的静电力是否大于q2对q1的静电力? 提示:不是,q1与q2之间的静电力遵循牛顿第三定律,大小相等,方向相反。 返回 【典例精研】 角度1　对点电荷的理解 [典例1]关于物理学中点电荷的概念,下列说法正确的是(　　) A.体积很大的带电体不能看成点电荷 B.可以看作点电荷的物体带电量很小 C.点电荷的带电量都是1.6×10-19 C D.点电荷是理想化的模型,大小和形状对研究问题的影响可忽略 √ 返回 【解析】选D。由带电体看作点电荷的条件:当带电体的形状、大小对它们间相互作用力的影响可忽略时,这个带电体可看作点电荷,带电体能否看作点电荷是由研究问题的性质决定,与自身大小、形状和电量大小无具体关系,故A、B错误;点电荷是将带电物体简化为一个带电的点,元电荷是电荷量的最小值,点电荷的值可以等于元电荷,也可以是元电荷的整数倍,即点电荷的电荷量可多可少,故C错误;点电荷是理想化的模型,是大小和形状对作用力影响可忽略的带电体,故D正确。 返回 【归纳总结】 对点电荷的判断 (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。 返回 角度2　探究点电荷间的相互作用力 [典例2](多选)(2025·北京朝阳高二检测)研究带电体之间的作用力可以先定性分析相关因素,再研究定量关系。如图所示,O是一个带电的物体,若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3位置,可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小,这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来(小球与物体O在同一水平线上)。若物体O的电荷量用Q表示,小球的电荷量用q表示,物体与小球间的距离用d表示,物体和小球之间的作用力大小用F表示,则下列对该实验的判断正确的是(　　) A.可用控制变量法,探究F与Q、q、d的关系 B.保持Q、q不变,减小d,则θ变大,说明F与d成反比 C.保持Q、d不变,减小q,则θ变小,说明F与q有关 D.保持q、d不变,减小Q,则θ变小,说明F与Q成正比 √ √ 返回 【解析】选A、C。探究F与Q、q、d的关系时用的是控制变量法,故A正确;保持Q、q不变,减小d,则θ变大,说明F与d有关,但不能确定成反比关系,故B错误;保持Q、d不变,减小q,则θ变小,说明F与q有关,故C正确;保持q、d不变,减小Q,则θ变小,说明F随Q的减小而减小,但不能确定成正比关系,故D错误。 返回 学习任务二　库仑的实验 【情境引领】 如图所示,法国科学家库仑曾设计了一个十分精妙的扭秤实验。 请思考下列问题。 问题1.A、C两球完全相同,开始时A球不带电,C球带电量恒定,将A球与C球接触后分开,改变其距离r,发现A、C之间的静电力大小与“r2”还是“”成正比,A球所受的静电力使A球沿“顺时针”还是“逆时针”转动(俯视)? 提示:;逆时针。 返回 问题2.改变C球带电量Q,重复问题1中的过程,保持其距离不变,发现A、C间的静电力大小与“Q2”还是“”成正比? 提示:Q2。 问题3.上述实验过程采用什么样的物理方法? 提示:控制变量法。 返回 【新知导学】 1.库仑做实验用的装置叫作_________(如图所示)。 2.实验原理及过程 (1)如何测力F? 库仑的实验是通过悬丝___________比较静电力F大小的。改变A和C之间 的距离r,记录每次悬丝扭转的角度,实验结果发现静电力F与距离r的_____ ___成反比,即F∝。 库仑扭秤 扭转的角度 二次 方 返回 (2)如何测电荷量q1、q2及F与q1、q2的关系? 库仑在实验中为研究F与q的关系,根据两个_________的金属小球_________ 后,总电荷量_________的方法,发现F与q1和q2的_____成正比,即F∝q1q2。 (3)如何测r? 理想化模型思想:把带电金属小球看作点电荷(理想化模型),利用刻度尺间 接测量距离。 完全相同 互相接触 平均分配 乘积 返回 (4)实验结论 ①静电力F=_____,k叫作静电力常量。 ②当两个点电荷所带电荷为同种时,它们之间的作用力为_____;为异种时, 它们之间的作用力为_____。 ③在国际单位制中,静电力常量k= _______________。  k 斥力 引力 9.0×109 N·m2/C2 返回 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)两点电荷所带的电荷量一定时,电荷间的距离越小,它们间的静电力就越大。(　　) (2)凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力,就可以使用公式F=k。(　　) (3)根据库仑定律的表达式F=k,当两带电体之间的距离r→0时,两带电体之间的静电力F→∞。(　　) 提示:(1)√　(2)√　(3)× 返回 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? 提示:两个规则的带电球体相距比较近时,不能被看作点电荷,此时必须考虑电荷在球上的实际分布。若带同种电荷时,如图(a),由于排斥,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。 返回 【典例精研】 [典例3](2025·临沂高二检测)某同学探究接触带电现象,所用实验装置如图所示。两个完全相同、有绝缘底座的带电金属小球A、B(均可看成点电荷),分别带有-Q和+Q的电荷量,两球间静电力大小为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,接着再使A、B间距离由r增大为2r,则此时A、B间的静电力大小为(　　) A.F B.F C.F D.F √ 返回 【解析】选A。根据库仑定律知F=k=,用不带电的小球C与A接触,则A、C的电荷量为QA=QC=-Q,C再与B接触,则B的电荷量为QB=+Q,再移开C,并将A、B间距离增大为原来的两倍,则根据库仑定律知此时静电力大小 F'=k=k=F,故选A。 返回 【归纳总结】 库仑力的大小与方向 (1)利用库仑定律计算库仑力大小时,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库仑力方向。 返回 【对点训练】 (多选)(2025·漳州高二检测)库仑扭秤原理如图所示,细金属悬丝的下端悬挂一根绝 缘棒,棒的两端分别固定带电量为Q的带正电小球A和不带电小球B,把另一个带电量 为q的金属小球C靠近A,A、C两球相互排斥,最终A、C两球距离为r。已知静电力常 量为k,忽略球的大小,则(　　) A.C球带负电 B.A、C两球间库仑力为 C.若Q=4q,则A球对C球的库仑力大于C球对A球的库仑力 D.若不带电的同样小球D与C接触后移开,保持A、C间距不变,库仑力变为 √ √ 返回 【解析】选B、D。由A、C两球相互排斥可知,C球带正电,故A错误;由库仑定律得,A、C两球间库仑力为F=,故B正确;根据牛顿第三定律可知,A球对C球的库仑力等于C球对A球的库仑力,故C错误;C球带电量变为,A、C间距不变,A、C间库仑力大小变为F'=,故D正确。 返回 学习任务三　静电力的计算 【情境引领】 如图所示为原子结构模型示意图。该模型中,电子绕原子核做匀速圆周运动,就像地球的卫星一样。原子核对电子的引力提供电子做匀速圆周运动的向心力,电子到原子核的距离约为原子核直径的十万倍。 问题1.原子核与电子之间存在万有引力吗? 提示:存在。 返回 问题2.原子核与电子之间存在静电力吗? 提示:存在。 问题3.它们之间的万有引力和静电力的大小分别由什么公式计算? 提示:万有引力公式F=G,库仑定律公式F=k。 返回 【新知导学】 1.微观带电粒子间的万有引力_______库仑力。在研究微观带电粒子的相互作用 时,可以把万有引力忽略。 2.两点电荷间的库仑力与周围是否存在其他电荷_____(选填“有关”或“无关” )。 3.两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_______。这个结论叫作静电力叠加原理。 4.任何一个带电体都可以看成是由许多_______组成的,如果知道带电体上的电 荷分布,根据_________就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向。 远小于 无关 矢量和 点电荷 库仑定律 返回 【典例精研】 [典例4]如图所示,分别在A、B两点放置两个点电荷,带电荷量分别为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。如果 有一电子静止放在C点处,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,求电子所受的静电力的 大小和方向。 返回 【解析】电子带负电荷,在C点同时受A、B两点电荷的静电力FA、FB, 方向如图所示。由库仑定律得FA=k= N =8.0×10-21 N 同理可得FB=8.0×10-21 N 由平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的电子 受到的静电力大小为F=FA=FB=8.0×10-21 N,方向平行于AB连线向左。 答案:8×10-21 N　平行于AB连线向左 返回 【归纳总结】 静电力的叠加问题 静电力的合成与分解满足平行四边形定则,如图所示。 (1)当一个点电荷同时受到另外两个点电荷的作用力时,这两个力的叠加遵循力的合成法则,根据平行四边形定则,可求出这个点电荷受到的合力。 (2)当题中没有交代电荷的电性时,应根据题意判断其电性,若不能判断电性,则需分情况讨论。 (3)求静电力时,不仅要计算大小,还要判断方向。 返回 【对点训练】 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(　　) 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= √ 返回 【解析】选D。依据题意,只有a、b带异种电荷时,小球c所受的库仑力的合 力才可能平行于a、b连线,选项A、C错误;在a、b、c三个点电荷构成的直 角三角形中有tanθ=,其中θ为ac与ab的夹角,而tanθ=,k'为静电力常量, 结合题中数据可得k==,选项B错误,D正确。 返回 课堂小结 情境实践 答案:①增大　②减小　③F=k　 ④真空　⑤点电荷 如图所示,嫦娥五号月球探测器升空过程中,由于与大气摩擦产生了大量的静电。在研究嫦娥五号与地球的静电力时,能否把嫦娥五号看成点电荷?研究点电荷有什么意义? 返回 01 课堂检测·自我诊断 返回 1.关于库仑定律,下列说法正确的是 (　　) A.库仑定律适用于点电荷,体积很大的带电体都不能看成点电荷 B.根据库仑定律,当两个带电体间的距离r→0时,库仑力将趋向无穷大 C.库仑定律和万有引力定律的表达式很相似,它们都是与距离平方成反比例的定律 D.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 √ 返回 【解析】选C。库仑定律适用于点电荷,当带电体的形状、大小及电荷的分布状况对它们之间的作用力影响可以忽略时,可以看成点电荷,与带电体的体积没有必然的联系,故A错误;当两个带电体间的距离r→0时,带电体不能看成点电荷,库仑定律不再适用,故B错误;库仑定律和万有引力定律的表达式分别为F库=k;F万=G,可知它们都是与距离平方成反比例的定律,故C正确;q1对q2的静电力与q2对q1的静电力为一对相互作用力,大小相等,方向相反,故D错误。 返回 2.(多选)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 √ √ 返回 【解析】选A、D。C先跟A接触后,两者电荷量均变为q1=,C再跟B接触后,两则电荷量均变为q2==,此时A和B之间静电力大小仍为F=,则有F== 解得=1或Q=-5q;则Q∶q的绝对值可能是1或者5。 返回 3.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是多少?(静电力常量为k) 返回 【解析】由题意,以顶点上的某个点电荷作为研究对象,则对角线上的点电荷给它的库仑斥力为F1=k 相邻两点的点电荷给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+2kcos45°=()k。 答案:()k 返回 $