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，通过摩擦起电实验及静电现象引入，引导学生从生活现象提出科学问题，经实验探究距离与电荷量对作用力的影响，结合库仑扭秤实验历史背景，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过控制变量法实验和扭秤“微力放大”设计培养科学探究能力，构建点电荷理想化模型并对比库仑力与万有引力发展科学思维，帮助学生形成相互作用观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

人教版高中物理必修第三册 9.2 库仑定律 探索电荷相互作用的奥秘 · 揭示微观与宏观的基本规律 1.7.2013 大家好，今天我们来学习高中物理中的一个重要定律——库仑定律。在开始之前，让我们想象一下，为什么摩擦过的尺子能吸引纸屑？为什么天上的星星能有序运转？这背后都隐藏着宇宙间最基本的相互作用力。今天，我们将一起揭开电荷之间相互作用的神秘面纱。 ‹#› 课堂引入：从生活现象到科学问题 摩擦起电实验直观展示：塑料尺与头发摩擦后，能够吸引桌面上的碎纸屑，这是生活中最常见的静电现象。 生活现象：熟悉的“静电魔法” 我们观察到：带电体具有吸引轻小物体的性质。而当两个带电小球靠近时，它们会表现出相互吸引或排斥的现象，这背后隐藏着怎样的规律？ 1.7.2013 我们先来回顾一个熟悉的场景：用塑料尺在头发上摩擦后，就能吸起桌上的碎纸屑。这就是摩擦起电现象。那么，更进一步，如果有两个带电的小球，它们之间会发生什么？是吸引还是排斥？这个力的大小又和什么有关呢？这就是我们今天要探究的核心问题。 ‹#› 既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于哪些因素呢？ 带正电小球由于受到带电体A的排斥力，使丝线偏离竖直方向θ角。 电荷量不变的情况下，小球离带电体越近，θ角越大； 距离不变的情况下，带电体电荷量越大，θ角越大。 结论：影响两电荷之间相互作用力的因素：距离、电荷量。 实验探究 电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？ （1）作用力会随距离的减小而增大； （2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小； 实验现象 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。库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律。 历史背景：库仑定律的发现之旅 1785年：扭秤实验与定律确立 法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑，发明了精巧的扭秤装置，首次通过实验精确测量了电荷间的相互作用力，公开发表了定量规律。这一成果标志着电磁学研究从定性进入定量阶段，该规律也被永久命名为“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。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 2.表达式： 3.静电力常量： 库仑定律 4.适用条件： ①真空中 ②静止的点电荷（电荷量分布均匀的球体） 点电荷：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。 注意： ①点电荷是理想化模型。 ②计算库仑力大小时只需将电荷量的绝对值代入。 库仑扭秤实验 图示为库仑扭秤的经典构造，通过悬丝、横杆与带电小球的组合，将微观的静电力转化为直观的机械转动，是物理学史上“微力放大”的经典案例。 精巧的核心构造 装置核心为可自由转动的绝缘横杆，顶部旋钮连接细柔悬丝，可通过旋转控制悬丝的扭转程度，构成完整的力学平衡系统。 力矩平衡的测量原理 当外来带电球靠近时，静电力使横杆偏转；旋转顶部旋钮让横杆复位，此时悬丝产生的扭力矩与静电力的力矩大小相等。通过测量旋钮转过的角度，即可换算出静电力的数值。 化无形为有形的科学巧思 创造性地将难以直接观测的静电力，转化为容易测量的悬丝扭转角度，利用“微小量放大”的思想，攻克了当时无法直接测量弱力的技术难题。 1.7.2013 我们来看一下扭秤实验的具体装置。大家可以看到，这个装置的核心是一个悬挂的横杆。当两个带电小球相互作用时，横杆会转动。实验者通过旋转顶部的旋钮来抵消这个转动，使横杆回到平衡位置。旋钮转过的角度就反映了力的大小。这个方法非常巧妙，将难以测量的静电力，转化为了容易测量的机械角度。 ‹#› 实验方法：控制变量法 实验结论 （1）保持A、C电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝1/r2 （2）保持A、C之间距离不变时，F与 q1、q2 的乘积成正比 F∝ q1q2 综合上述实验结论，可以得到如下关系式： 思考讨论：当r→0时，F→∞，你认为他的说法正确吗？ 库仑是一个非常大的电荷量单位，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距1m 时，相互作用力是 9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。 两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 即：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矢量和。 静电力的叠加原理 【例1】如图所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带负电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示，那么可以判定点电荷C所带电荷的电性（　） A．一定是正电 B．一定是负电 C．可能是正电，也可能是负电 D．无法判断 A 库仑力与万有引力的对比 库仑定律 (静电力) 力的性质：既可相互吸引，也可相互排斥。 作用对象：仅作用于带电体 (电荷 q)。 静电力常量：k ≈ 9.0×10⁹ N·m²/C² (数值极大)。 主导领域：微观世界（原子、分子、基本粒子）。 万有引力定律 (引力) 力的性质：只表现为相互吸引，无排斥性。 作用对象：所有具有质量的物体 (质量 m)。 引力常量：G ≈ 6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg² (数值极小)。 主导领域：宏观宇宙（天体运行、星系结构）。 共性：两者均为非接触的长程力，公式形式高度统一，严格遵循“平方反比”定律。这揭示了自然界在不同尺度下，力的作用规律具有深刻的对称性与一致性。 1.7.2013 大家看，库仑定律和万有引力定律在公式形式上非常相似，都遵循平方反比关系。但它们有本质区别：库仑力可以吸引也可以排斥，而万有引力只能吸引。更重要的是，它们的强度天差地别。库仑常数k非常大，所以在原子、分子这样的微观世界，库仑力是主导力量；而万有引力常数G非常小，只有在天体这样的宏观尺度上，它才起决定性作用。 ‹#› 【例2】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。 【解析】库仑力大小: 万有引力大小: 1.库仑定律： 2.适用条件 ：适用于真空中的两个静止的点电荷。 3.静电力的叠加原理 小结： 1．下列说法中正确的是（　　） A．点电荷就是体积很小的带电体 B．点电荷就是体积和带电量都很小的带电体 C．点电荷仅仅是一种理想化模型 D．根据 设想当 时得出 随堂练习 C 2．关于库仑定律的理解，下列说法正确的是（　） A．对任何带电体之间的静电力计算，都可以使用库仑定律公式 B．只要是点电荷之间的静电力计算，就可以使用库仑定律公式 C．两个点电荷之间的静电力，无论是在真空中还是在介质中，一定是大小相等、方向相反的 D．若只是电荷量均增加为原来的三倍，则库仑力增加为原来的三倍 C 3．两个相同的带同种电荷的导体小球所带电荷量的比值为1∶3，相距为r时库仑力的大小为F，今使两小球接触后再分开放到相距为2r处，则此时库仑力的大小为（ ） A． F B． F C． F D． F A 感谢观看 科学的探索永无止境，愿你保持好奇心，在物理世界的奥秘中持续发现与思考。 1.7.2013 今天的课程到此结束，希望大家对库仑定律有了更深刻的理解。科学的探索永无止境，希望大家能保持好奇心，继续探索物理世界的奥秘。谢谢大家！ ‹#› $