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 9. 2】 库仑定律 其应用 查理·库仑 课前回顾 思考：电荷之间相互作用力遵循什么规律？ 甲 丙 同种电荷之间存在斥力 异种电荷之间存在 引力 电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 活动一：探究电荷之间的作用力 对于影响带电体之间相互作用的因素 P. P, 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 活动一：探究电荷之间的作用力 结论： (1)当电荷量 g保持不变，距离r增大，F 减小。 (2)当距离 r保持不变，电荷量g增大，F 增大。 活动一：探究电 普利斯特利 卡】 英国科学家卡文退 里斯特利等人都再 方反比”规律适月 间的力。 荷之间的作用力 文迪什 鱼什 角信 普平 最终解 用于电荷 库仑。 验（扭 用力开 库仑 决这一问题的是法国科学家 他设计了一个十分精妙的实 秤实验)，对电荷之间的作 展研究。 9.2库伦定律 二、库仑扭秤实验 活动二：库仑扭和 查理·库仑 实验 2、实验器材： 刻度盘与指针 遇到困难 微小力不易测量 放大微小力 带电小球C 距离不便测量 等倍改变距离 电荷量无法直接测平分电荷量 带电小 球A 想一想：B球的作用是什么呢？ 使A球在水平面内平 细银丝 平面镜 平衡小球B 库仑扭秤 2、实验原理： A和C之间的作用力使悬丝扭转， 的对应关系 3、实验方法：控制变量法 4、实验步骤 ①改变A和C之间的距离，记录每 r的关系。 ②改变A和C的带电荷量，记录每 9之间的关系 扭转的角度和力的大小有一定 次悬丝扭转的角度，便可找出力F与 次悬丝扭转的角度，便可找出力F与 5、实验结论 ①当电量不变时，F与距离的二次方成反比 当距离不变时，F与992的乘积成正 1 比 F∝ 综合结论 2 F 9192 → F=k F q1q2 这就是库仑定律的表达式，式中的k是比例系 量 通过实验测定其值为： k=9.0×109N.m2/0 1 F F q192 9192 r2 数，叫做静电力常 2 活动三：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。 2.表达式： Fx9492 2 F=k99 k为比例系数，叫做静电力常量，在国际单位制 中，即：k=9.0×10N.m2/C2 查理·库仑 那么，什么是点电荷呢？ 4.点电荷 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， 这样的带电体可以看作一个带电的点，叫作点电荷。 只有电量，没有大小、形状的理想化模型 (1)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一一一电荷集中在球心的点电 荷 活动二：库仑定律 3.适用条件：①真空中； ② 静止的 ③点电荷。 4.矢量： (1)大小：计算作用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. 2 9.2库伦定律 四、静电力的应用 【练1】关于库仑定律，下列说法正确的是（D) A·相互作用的两个点电荷，质量大的受到的库仑力大 B.相互作用的两个点电荷，电量大的受到的库仑力大 C.两个点电荷在电量和距离条件相同时，在空气和煤油中 受到的库仑力一样大 D.库仑定律适用于计算真空中两个静止点电荷间作用力的 大小，作用力的方向根据两电荷的电性进行判断 【练2】如图所示的实验装置为库仑扭秤。细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B球，B与A处 于静止状态，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之间较小的作用力可以使细丝发生比较大的可测 量的扭转，通过细丝扭转的角度可以比较力的大小。 (1)上面用到的实验方法为微小量放大法 (选填等效替代 法、微小量放大法、极限法、控制变量法和逐差法) (2)保持电荷最不变，改变A和C的距离，得到相互作用力F和 A、C间距离r的关系，这里用到的实验方法控制变量法 (选 填等效替代法、微小量放大法、极限法、控制变量法和逐差法) (3)国醒蓉家库实验方得到相互作用力F和A、C间距离r 的关原建 42=1.60×10-19Cm2=9.1×1031kg 【练3】.在氢原子内氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×101m。试比较氢原 子核与电子之间的静电力和万有i方。-41=1.60×1019Cm=1.67×1027kg 解：根据库仑定律，它们之间的静电力为： 192 F电=k2=90×10°×16x10 81 112 N=8.2x10 (5.3×10 F电=2.3×1039 根据万有引力定律，它们之间的万有引力为： 27 F=Gmm:=667×10"×91×10×167x10 A N -112 =3.6×10 (5.3×10) ·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。 1.静电力的理解： (1)库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。 (2)对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。 (3)库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。 (4)库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相 反，作用在同一条直线上。 2.静电力与万有引力： 万有引力定律 库仑定律 只有引力 既有引力又有斥力 不同点 天体间表现明显 微观带电粒子间表现明显 都是场力 万有引力场 电场 公式 F=Gmm F=k944 条件 两质点之间 两点电荷之间 ①库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。 ②对于微观的带电粒子，例如电子和质子的静电引力F是它们间万有引力 F2的2.3×1039倍，在研究带电微粒间的相互作用时，可以忽略万有引力。 静电力的计算 【练4】.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2.0×106 C，求它们各自所受的静电力。 多个点电荷对同一点电荷的作 用力等于各点电荷单独对这个 电荷的作用力的矢量和。 F R=h,=k9= 9.0x10°×(2×106)2 N=0.144N 0.52 静电力的计算 【练5】如图所示，直角三角形ABC中，B=30°，三个顶点处各有 一个点电荷。在A、B处的点电荷所带电荷量分别为Q、Q,C 处正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则下列说法正确密是( AA处点电荷带正电，QaQB=18 Fc B.A处点电荷带负电，QaQB=1:8 C.A处点电荷带正电，Q4:Qg=1:4 A D.A处点电荷带负电，QA:QB=1:4 【练6】.如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位 于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电，b带负电，a所带 的电荷量比b所带的电荷量大。已知c受到a和b的静电力的合 力可用图中四条有向线段中的其中一条来表示，它应是() A.F .F2 B C .F3 D.F4 【练7】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 A.3F B. 4F C.F D.无法判断 【思考】AB是 小可看成点电荷) 距离，都带正电， 一根均匀带电直棒，C是一带电小球（球很 ,球正好在直棒的中垂线上，二者相隔一定 请你分析直棒对球的作用力方向。 F B 活动四：静电力的应用一三带电 情形一：两个固定的点电荷间引入第三个 点电荷，第三个点电荷处于静止状态。 ①电荷91、4 带同种电荷， 两电荷之 间的距离为r,加入电荷42，使4，处 于静止。试确定电荷4，的位置、电性和 它的电荷量特点。 ②电荷q,、4,带异种电荷， 两电荷之间 的距离为r,加入电荷42，使42处于静 止。试确定电荷4，的位置、电性和它的电 荷量 小球的平衡 E©E, + :! 91 92 93 ⊕E④E 91 92 93 “同内，近小” 91 93 92 “异外，近小” 活动四：静电力的应用 情形二：两个点电荷间引入第 止状态。 91 92 93 91 92 3 91 92 3 三带电小球的平衡 三个点电荷，使三个点电荷均处于静 同种电荷无法平衡 同种电荷相邻无法平衡 两同夹异可能平衡 两同夹异” 活动四：静电力的应用 91 Y12 92 Y23 93 3 12 F T12 92 93 r 3 91 T12 92 T23 43 T13 两同夹异、 一三带电小球的平衡 对 k99=k944✉ h3 V93 92<93 91日 对 k=k94 2= 2 T23 V93 92日 对 k99=k99 3 92<91 93日 两大夹小、近小远大” 静电力的计算 【练8】如图所示，光滑绝缘的水平地面上有相距为1的点电荷 A、B,电荷量分别为-4Q和+Q,今引入第三个点电荷C,使 三个电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是（) A.-Q,在A左侧距A为改处 B.-2Q,在A左侧距A为号处 C.-4Q,在B右侧距B为孜处 A B D.+2Q, 在A右侧距A为处 静电力的应用 (静态平衡) 【练9】两个大小相同的小球带有同种电荷（可看作点电荷)，质 量分别为m1、m2,电荷量分别为q1、q2,用绝缘丝线悬挂后， 因静电力而使两悬线张开，分别与竖直方向成夹角0，和02(0，< 02),且两球处于同一水平线上，则下列逆冲工h日 A A.m>m2 B.m<m2 2 C.qq2 D.q<q2 m2 【练10】绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球 (均视为 点电荷)，将甲固定，使乙逐渐远离甲，则在乙远离甲的过 程中，甲所受乙的静电力F和两小球间的距离x的变化关系 图像可能正确的是（() B 静电力的应用 （静态平衡， 动力学)》 【练11】如图所示，用长为L的绝缘细线将质量为m的带电小球A 悬挂在O点，在悬点O的正下方固定一个带电小球B，小球A静止 时细线与竖直方向的夹角=37°，A、B在同一水平线上，两个小球带 电荷量相同，均可视为点电荷，静电力常量为k,重力加速度为g sin37°=0.6，c0s37°=0.8.求： (1)细线上拉力的大小. (2)小球A的电荷量. (3)若小球A的电荷量减半，使小球A绕 B 在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向 的夹角仍为=37°，小球A做圆周运动的角速度大小 (1)号mg(20 3mg (3 5g 静电力的应用（动力学) 【练12】如图所示，在一光滑绝缘半径为R的竖直半圆弧 槽ABC的圆心O处固定一电荷量为+Q的带电小球，现 将一质量为m、电荷量为+q的光滑小球从A点由静止释 放，求小球到达最低点B时对槽T+ 3mg+k 竖直向下 R2 B 作业： 2班：练习册Pg-Ps 4班：练习册P-P