9.2 库仑定律 课件-2026-2027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，通过“电荷间作用力影响因素”的思考导入，从定性研究（控制变量法分析距离、电荷量影响）到定量实验（库仑扭秤解决微小力测量等困难），再到定律内容、点电荷模型及静电力计算与平衡、动力学应用，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为脉络，通过库仑实验的控制变量与微小量放大培养科学探究能力，结合点电荷模型辨析（如带电球体是否为点电荷例题）发展科学思维，对比库仑定律与万有引力定律强化相互作用观念。学生能提升探究与推理能力，教师可依托分层例题高效开展教学。

第九章 静电场及其应用 人教版（2019）必修 第三册 9.2 库仑定律 PART 1 电荷之间的作用力 电荷之间的作用力——定性研究 q1 q2 + P1 C + F F 思考： 电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 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 电荷之间的作用力——定性研究 电荷量一定 电荷间的距离越大， 偏角越小 现象 结论 电荷之间的作用力随 距离的增大而减小 电荷间的距离一定 现象 电荷量越大，偏角越大 结论 电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大 控制变量法 电荷之间的作用力——定性研究 卡文迪什、普里斯特利都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 亨利·卡文迪什 约瑟夫·普里斯特利 查理·奥古斯丁·库仑 电荷之间的作用力——定量研究 1772年，我遵循普利斯特利的思想以实验验证了电力平方反比定律 PART 2 库仑的实验 遇到困难 电荷量无法直接测量 距离不便测量 微小力不易测量 平分电荷量 放大微小力 等倍改变距离 C 细银丝 平面镜 平衡小球B 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 库仑的实验 1.如何验证库仑的“假设”？ 2.遇到什么困难？ 3.如何解决这个困难？ 当电荷量不变时，F与距离r的二次方成反比 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。 1 库仑的实验 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 当距离不变时,F与 的乘积成正比 改变A和C的电荷量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。 探究F与q的关系： 2 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 库仑的实验 控制变量法 微小量放大 库仑的实验 实验结论 ①当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 ②当距离不变时，F与q1、q2的乘积成正比 综合结论 库仑的实验 静电力常量：k=9.0×109N·m2/C2 PART 3 库仑定律 + - 库仑定律 查理·奥古斯丁·库仑 1.内容： 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力（静电力或库仑力），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.表达式： 3.适用情况： （1）真空中 （2）点电荷 干燥的空气与真空中的区别并不大，因此空气中也适用。 理想化模型，只有质量没有体积 k：静电力常数。k=9.0×109N·m2/C2 4.矢量性：有大小，也有方向。 点电荷： 理想化模型：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小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带电的点，叫作点电荷。（类似质点） 实际上的带电体都具有一定的大小和形状，会对结果产生什么影响？如何解决这个问题？距离→0？ 库仑定律 (来自教材改编)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？ 答案　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。 库仑定律 例1 库仑定律 下列对点电荷的理解正确的是(　　) A.体积很大的带电体都不能看作点电荷 B.只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C.只要是球形带电体,无论球多大,都能看作点电荷 D.当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体都能看作点电荷 D 例2 库仑定律 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,点电荷其实就是体积最小的带电体 B.根据F=k知,当两个带电体间的距离趋近于零时,静电力将趋向于无穷大 C.所带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时,B受到的静电力是A受到的静电力的3倍 D.库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷 D 例3 例4 库仑定律 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处点电荷所受静电力为(　　) A.- B. C.-F D.F B PART 4 静电力的计算 (1)带电体能简化为点电荷,是应用库仑定律的前提条件。另一个前提条件是“真空”中,一般没有特殊说明的情况下,都可按真空来处理。 (2)求解实际带电体间的静电力,可以把实际带电体转化为点电荷,再求解库仑力;对于不要求定量计算的实际带电体间的静电力,可以用库仑定律定性分析。 （1）使用库仑定律计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性相斥、异性相吸判断方向。 （2）库仑力（静电力）具有自己独特的大小和方向，同时它也具有力的一切性质（独立性、合成和分解时遵守平行四边形定则，相互作用力） 静电力的计算 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。 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=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。 静电力的计算 例5 定律 公式 公式适用范围 共同点 不同点 影响大小的因素 库仑 定律 与两个物体质量有关，只有引力 ①都与距离的平方成反比 ②都有一个常数 万有引力定律 点电荷 质点 与两个物体电量有关，有引力，也有斥力 Q1、Q2、r M、m、r 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。 库仑定律与万有引力定律的比较 PART 5 静电力作用下的平衡 库仑力的大小既与电荷量的乘积有关,又与两点电荷间的距离有关,库仑力的大小变化由二者共同决定。带电物体在电场中的平衡问题,是力学问题在电场中的体现。常用的方法有解析法、图解法、合成法、分解法、相似三角形法等。 受力分析 非接触力 接触力 1、万有引力（重力） 2、电磁力（库仑力、安培力、洛伦兹力） 3、弹力（压力、支持力、浮力、拉力、推力） 4、摩擦力 新增，不要忽略 静电力作用下的平衡 静电力作用下的平衡——同一直线上三个点电荷 如图所示，带电荷量分别为+q和+4q的两点电荷A、B，相距L，问： (1)若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态? 解析　由平衡条件，对C进行受力分析，C应在A、B的连线上且在A、B之间，设与A相距r，则k=k 解得r=。 (2)在(1)中的情形下，C的电荷量和电性对C的平衡有影响吗? 解析　C电荷的电荷量的大小和电性对C的平衡无影响。 例6 静电力作用下的平衡——同一直线上三个点电荷 (3)若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可 以使三个点电荷都处于平衡状态? 解析　设放置的点电荷的电荷量为Q，分别对A、B受力分析，根据平衡条件， 对电荷A：k=k 对电荷B：k=k 联立可得r=，Q=q(负电荷) 即应在A、B连线上且在A、B之间，距A点电荷处放置一个电荷量为q的负电荷。 1.两个电荷固定，第三个电荷平衡问题 只需要确定第三个电荷位置即可，对其电性和所带电荷量没有要求。 2.三个自由电荷的平衡问题 (1)同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时，每个电荷受到的合力均为零。根据平衡条件可得，电荷间的关系为 “三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上； “两同夹异”——正、负电荷相互间隔； “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小； “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。 (2)对于三个自由电荷的平衡问题，只需对其中两个电荷列平衡方程，不必再对第三个电荷列平衡方程。 静电力作用下的平衡——同一直线上三个点电荷 静电力作用下的平衡——同一直线上三个点电荷 (多选)如图所示，同一直线上的三个点电荷A、B、C恰好都处在平衡状态，除相互作用的静电力外不受其他外力作用。已知A、B间的距离是B、C间距离的2倍。A、B、C所带的电荷量数值分别为q1、q2、q3。下列说法正确的是(　 　) A.若A、C为正电荷，则B为负电荷 B.若A、C为负电荷，则B为正电荷 C.q1∶q2∶q3=36∶4∶9 D.q1∶q2∶q3=9∶4∶36 ABC 例7 静电力作用下的平衡——非共线力作用下带电体的平衡问题 1.库仑力作用下的平衡问题 库仑力作用下的平衡问题，可能是只有库仑力，也可能有其他力，但其本质都是平衡问题。解题的关键是进行受力分析并列出平衡方程。 2.分析静电力作用下点电荷的平衡问题时，方法仍然与力学中分析物体的平衡方法一样，具体步骤如下： 静电力作用下的平衡——非共线力作用下带电体的平衡问题 如图所示，A、B是两个带等量同种电荷的小球，A固定在竖直固定的10 cm长的绝缘支杆上，B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，若B的质量为30g，则B带电荷量是多少?(g=10 m/s2，小球A、B视为点电荷，k=9.0×109 N·m2/C2) 　答案 1.0×10-6 C 例8 PART 6 静电力作用下的动力学问题 静电力作用下的动力学问题 静电力作用下的动力学问题可以归纳为“电学问题、力学方法”。遵循力学规律和力的运算法则。在分析具体问题时应注意： (1)受力分析：除分析重力、弹力、摩擦力等之外，还要分析静电力的作用。 (2)状态分析：通过分析确定带电体运动状态。 (3)根据问题情境和提供的条件选取适当的物理规律列方程求解。 静电力作用下的动力学问题 如图所示，带电小球A和B放在倾角为30°的光滑绝缘斜面上，质量均为m，所带电荷量分别为＋q和－q。沿斜面向上的恒力F作用于A球，可使A、B保持间距r不变沿斜面向上加速运动，已知重力加速度为g，静电力常量为k，求： (1)加速度a的大小； (2)F的大小。 例9 静电力作用下的动力学问题 当题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼时，表明题述的过程存在着极值。这个极值点往往又是临界点，当物体做加速度减小的变加速运动时，速度达到最大时加速度为零，此时物体所受的合外力为零。