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

该高中物理课件聚焦库仑定律，涵盖点电荷概念、库仑定律内容及适用条件、静电力计算等核心知识点。通过“思考与讨论”引导学生探究电荷间作用力与距离、电荷量的关系，类比万有引力引出平方反比猜想，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以库仑扭秤实验为核心，用控制变量法探究F与r、q的关系，培养科学探究能力。构建点电荷理想化模型，结合氢原子库仑力与万有引力比较的例题，强化科学思维中的模型建构与科学推理。总结“两同夹异”等规律，助力学生掌握解题方法，教师可依托此资料实施探究式教学，提升学生相互作用观念与科学素养。

第2节 库仑定律 第九章 静电场及其应用 1.知道点电荷的概念，知道带电体看成点电荷的条件。 2.明确库仑定律的内容及适用条件，理解库仑定律的表达式，并会计算点电荷间的库仑力。 3.了解库仑扭秤实验。 带正电的带电体A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A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？ 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？ 思考与讨论： 01 电荷之间的作用力 探究影响电荷间相互作用力的因素 实验结论 （1）距离保持不变，电荷量增大，作用力F增大。 （2）电荷量保持不变，距离增大，作用力减小。 思考与讨论： 电荷之间的作用力会不会与万有引力 具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力， 会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？ 卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。 库仑 1.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）关系式： （3）电荷之间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力 （4）适用条件： （1）真空中；（2）静止的；（3）点电荷 一、电荷之间的作用力 当带电体间的距离远大于它们自身的大小，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可视为点电荷。 2.点电荷 （1）理想化的模型，实际上是不存在的。 （2）均匀带电的球体,由于球所具有对称性,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。 3.点电荷和元电荷 （1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型 ； （2）电子的带电量等于元电荷，一般情况下，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。 法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。 1.实验装置： B球的作用是使A球 在水平面内平衡 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 02 库仑的实验 2.实验原理 A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系。 3.实验方法：控制变量法 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。 改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系 在库仑那个时代，还不知道怎么样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？ 探究F与Q的关系： A C Q A 电量均分 A C Q A D 2 Q 条件： 大小、形状、材料完全相同的小球 结论： 1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝ 2.当之间距离不变时,F与 的乘积成正比 F∝ 库仑扭称实验 国际单位制中，电荷量单位是库伦（C）、力的单位是牛顿（N）距离单位是米（m）K值由实验测定 静电力常量 库仑定律的表达式： 1、当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2 2、当之间距离不变时，F与 、 的乘积成正比 实验结论： 相互作用力的方向 ：在它们的连线上（如图）。 + + q1 q2 r — — F斥 F斥 F斥 F斥 + — F引 F引 注意： （1）计算时只代电荷量的绝对值； （2）需通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力的方向。 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 思考与讨论：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况吗? +Q +Q L=4r + + + + + + +Q -Q L=4r - - - + + + 【例题1】已知氢核（质子）质量为1.67×10-27kg。电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。 分析 氢原子核与质子所带的电荷量相同，是1.6×10-19C。电子带负电，所带的电荷量也是1.6×10-19C。质子质量为1.67×10-27kg，电子质量为9.1×10-31kg。根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。 03 静电力计算 解：根据库仑定律，它们之间的静电力 F库==9.0×109×N=8.2×10-8N 根据万有引力定律，它们之间的万有引力 F引=G=6.7×10-11×N=3.6×10-47N =2.3×1039 氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039倍。 万有引力定律 库仑定律 不同点 只有引力 既有引力又有斥力 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 条件 两质点之间 两点电荷之间 库仑力和万有引力的比较 （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）库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。 静电力的叠加 【例题2】真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10─6 C , 求它们所受的库仑力。 F1 F2 F3 q1 q2 q3 + + + 分析 根据题意作图（如右图）。每个点电荷受到其他两个点电荷的斥力，因此，只要求出一个点电荷（例如q3）所受的力即可。 解：根据库仑定律，点电荷q3共受到F1和F2两个力的作用。其中 q1 = q2 = q3 = q 每两个点电荷之间的距离r都相同，所以 F1 = F2 ===0.144N 根据平行四边形定则可得 F=2 F1 cos30°=0.25N 点电荷q3所受的合力F的方向为q1与q2连线的垂直平分线向外。 每个点电荷所受的静电力的大小相等，竖直为0.25N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。 提升与应用：三个自由点电荷的平衡问题 C A B 问题1：三球平衡，C球带正电还是负电？ C A B C A B 若C带正电，A、B不能平衡 两侧是同种电荷，中间是异种电荷 结论1：两同夹异 问题2：A和B、C电荷量的大小关系？ C A B r1 r2 qc qA qB C FBC FAC FAB FCB B 两侧电荷量大，中间电荷量小 结论2：两大夹小 C A B r1 r2 qc qA qB 问题3：r1、r2与B、C的电量关系？ FCA FBA A 中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个 结论3：近小远大 三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。 1.下列关于点电荷的说法正确的是( ) A.只有体积很小的带电体才能看成点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷 D.一切带电体都可以看成点电荷 C A D 4.如图,把一电荷量为Q=-5×10-8 C的小球A用绝缘细绳悬起,若将电荷量为q=+4×10-6 C 的带电小球B靠近A,当两个带电小球在同一高度相距r=30 cm时,绳与竖直方向的夹角α=45°,g取 10 m/s2,k=9.0×109 N·m2/C2,且A、B两小球均可视为点电荷,求: (1)A、B两球间的静电力的大小; (2)A球的质量。 【答案】(1)0.02 N　(2)2×10-3 kg EV录屏5.1.8软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn Lavf58.12.100 2．真空中有两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B（均可看成点电荷），分别固定在两处，两球间静电力为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，再让A、B两球距离增大为原来的n倍，使它们之间的静电力变为 ，则n是（　　） A．2 B．4 C．5 D．8 【答案】A 【详解】设金属小球A和B原来所带电荷量分别为Q、 ，二者距离为r，由库仑定律可得 当C先与A接触后，A、C各带 的电荷；当C与B接触后，B、C各带 的电荷，此时再由库仑定律可得 解得 故选A。 3．相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点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L处 B．－2q，在A左侧距A为 处 C．＋2q，在B右侧距B为 处 D．＋4q，在B右侧距B为L处 【答案】D 【详解】因为点电荷A、B带异种电荷，如第三个点电荷放在中间位置，受到电场力同向，不可能为零，所以不符。又因为点电荷A所带电量大，根据库仑力公式 可知第三个点电荷应放在靠近带电量小的一侧，设在B右侧距B为 ，对第三个点电荷进行受力分析有 解得 再对点电荷B进行受力分析有 解得 点电荷B受到A的库仑力向左，所以第三个点电荷对点电荷B库仑力向右，所以带正电。 故选D。 $