9.2 库仑定律 导学案 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

高中物理导学案 制作人： 2025—2026学年高二下学期物理 人教版 必修3 第9.2 课 库仑定律 导学案 【课前预习案】 【学习目标】 1. 通过实验探究电荷间作用力的规律 2. 理解并应用库仑定律和静电力的概念 3. 掌握影响库仑力的各种因素 【学习重难点】 重点：库仑定律的内涵和适用条件 难点：用库仑定律的公式进行有关计算 【知识梳理】 一、电荷之间的作用力 1．静电力：电荷间的相互作用力叫静电力，也叫库仑力。 2．点电荷 (1)点电荷是理想化的物理模型：点电荷是只有电荷量，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 一个带电体能否看成点电荷，要看带电体的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响是否可以忽略不计。如果可以忽略不计，则带电体就可以看成点电荷。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离 也可以视为点电荷。 3．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。 (2)公式：______________________________(请默写) (3)方向：在两个点电荷的连线上，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 (4)适用条件：①真空中(空气环境近似于真空)；②静止的点电荷。 (5)应用库仑定律时应注意以下两点 ①在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电荷量的绝对值计算静电力的大小。 ②两个点电荷间相互作用的静电力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反。 二、库仑的实验 1．库仑做实验用的装置叫作 2．实验原理及过程 (1)库仑的实验是通过悬丝 比较静电力F大小的。实验结果发现静电力F与距离r的 ，即F∝ 。 (2)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．实验结论：静电力F＝ ，k叫作静电力常量。 三、静电力计算 1．微观粒子间的万有引力 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 。 【体系建构】 【课中探究案】 【探究一】 如图所示，两个带正电小球、固定在同一水平线上，长为的光滑绝缘细线穿过带正电的小环，两端分别连接在、球上，小环静止时竖直，与的夹角为，已知、、的带电量分别为、、，静电力常量为，重力加速度为，忽略小球和环的大小，求： (1)小环的质量； (2)剪断细线的一瞬间，小环的加速度的大小。 【探究二】 如图所示，质量为m的小球穿在绝缘细杆上，杆的倾角为，小球A带正电，电荷量为q。在斜面上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷。将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变。不计A与细杆间的摩擦，整个装置处在真空中，已知静电力常量k和重力加速度g。求： (1)A球刚释放时的加速度大小； (2)当A球的动能最大时，求此时A球与B点的距离。 【课后巩固案】 1、 选择题 1.（多选）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,棒的一端是一个带电的金属小球A,另一端有一个不带电的球B,B与A所受的重力平衡,当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时,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q的关系。这一实验中用到了下列什么方法(　　) A.微元法 B.微小量放大法 C.等效替代法 D.控制变量法 2.（多选）两个完全相同的金属小球，带电量之比为1：5，当它们相距r时的相互作用力为F1。若把它们互相接触后再放回原处，它们的相互作用力变为F2，则F1与F2的比值可能是（　　） A．5：1 B．5：9 C．5：4 D．5：8 二、材料分析题 氢原子的半径为m，质子的质量为kg，电子的质量为kg，万有引力恒量为，静电力常量为.通过以上的已知量分析说明为什么在研究电子绕氢原子核运动时不考虑质子和电子间的万有引力． 【答案解析】 【课中探究案】 探究一：(1) (2) 【详解】（1）由于细线长为，小环静止时竖直，与的夹角为，可得段细线长为，段细线长为。 对小环研究，设绳子拉力为T，根据共点力的平衡条件： 竖直方向上有 水平方向有 联立解得 （2）剪断细线的一瞬间，绳子拉力变为零，此时小环竖直方向合外力为 方向所受合外力为 故小环所受合外力为 根据牛顿第二定律 联立解得 探究二：(1)； (2) 【详解】（1）由牛顿第二定律可得 根据库仑定律则有 A球刚释放时，由几何关系可得 联立解得 （2）当A球受到的合力为零，即加速度为零时，动能最大。设此时A球与B点间的距离为d，则有 解得 【课后巩固案】 1、 选择题 1.BD　把微弱的库仑力转换放大成可以看到的扭转角度,并通过扭转角度的大小找出力与距离和电荷量的关系,用到的是微小量放大法。保持电荷量不变,改变A和C间的距离可以得到力与距离的关系,保持A和C间的距离不变,改变电荷量可以得到力与电荷量的关系,用到的是控制变量法。选项B、D正确。 2.BC 【详解】两小球相距r时相互作用力为 若两小球所带的电荷异号，接触后再分开，两球电量的绝对值为，此时两球的库仑力为 则 若两小球所带的电荷同号，接触后再分开，两球电量的绝对值为，此时两球的库仑力为 则 故选BC。 2、 材料分析题 【解析】 由库仑定律可知，氢原子内的静电力为： 由万有引力定律可知，氢原子内的万有引力为： 故静电力与万有引力的比值： 因此它们间的万有引力可以忽略不计 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $