9.2 库仑定律（培优教学课件）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“小孩被静电打飞”等生活现象导入，引导学生从电荷间作用力的定性因素（电量、距离）出发，经实验猜想、库仑扭秤探究，构建“现象-猜想-实验-规律-应用”的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，用控制变量法分析库仑实验培养科学思维，建构点电荷模型深化物理观念，结合典例和练习强化公式适用条件。思维导图总结知识脉络，助力学生系统认知，教师可借此提升教学效率。

2. 库仑定律 第九章 静电场及其应用 人教版必修第三册 导入新课 同种电荷之间存在斥力 异种电荷之间存在引力 小孩被静电打飞了，毛皮摩擦过的橡胶棒能把人电飞吗？ 电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？ 静电的威力 物理观念 理解点电荷模型，掌握库仑定律内容、公式及适用条件。 科学思维 通过实验规律推理定律，学会定量分析点电荷间静电力。 科学态度 与责任 体会科学家探究历程，培养严谨求真的科学态度。 学习目标 重点 库仑定律内容、公式计算，点电荷模型认知。 难点 库仑力的矢量运算，非点电荷的近似分析。 重点难点 1. 电荷之间的作用力 2. 点电荷 3. 库仑的实验 4. 静电力的计算 5. 课堂总结 6. 练习与应用 第2节 库仑定律 学习内容 一、电荷之间的作用力 第2节 库仑定律 1、问题提出与猜想 猜想影响电荷间相互作用力的因素? 1.可能跟电荷电量有关 2.可能与两个电荷间的距离有关 A是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小。 思考一：如何定性的比较力的大小？ 思考二：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？ 2、实验与结论 1.带电体C与小球间的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； 3、实验结论与思考 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？最终解决这一问题的是法国科学家库仑。 根据控制变量法可猜想： r一定时， q一定时， 4、库仑定律 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。 电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。 + - 例1： （多选）对于库仑定律，下列说法正确的是( ) A. 凡计算两个电荷间的作用力，都可以使用公式 B. 相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间相互作用的库仑力大小一定相等 C. 两个带电小球距离非常近时，不能再使用库仑定律计算库仑力的大小 D. 若两个点电荷的电荷量各减为原来的一半，彼此间的距离保持不变，则它们之间的库仑力大小减为原来的四分之一 5、典例分析 [解析]选BCD。库仑定律的适用条件是真空中两个静止的点电荷， 错误；根据牛顿第三定律，可知两个点电荷间的库仑力大小一定相等， 正确；当两个带电小球距离非常近时，此两小球不能视为点电荷，库仑定律不适用，故 正确；由库仑定律 可知 ， ， 不变时，它们之间的库仑力 ， 正确。 5、典例分析 6、条件分析 两个电荷之间的相互作用力彼此是什么关系？两个电荷量不一样的电荷间彼此相互作用力相等吗？ 点电荷 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？以下情况利用公式计算是偏大还是偏小？如何解决这个问题？ + + + + + - - - - - + + + + + + + + + + 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 我们还学过哪些理想化模型？ 二、点电荷 第2节 库仑定律 1、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。 （1）点电荷是一个理想化的模型，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---电荷集中在球心的点电荷。 2、点电荷与元电荷的区别 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，研究宏观问题时，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。 库仑是通过什么样的实验方法找到电荷间作用力的关系的呢？ 例2 ：关于对元电荷和点电荷的理解正确的是( ) A. 元电荷实质上指电子和质子本身 B. 点电荷就是检验电荷 C. 体积很小的带电体就是点电荷 D. 元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量，通常取作 3、典例分析 [解析]选D。元电荷是表示跟电子（质子）所带电荷量数值相等的电荷量，不是指电子和质子，通常取作 ，故 错误， 正确；电荷的形状、体积和电荷量对分析的问题的影响可以忽略时，该电荷就可以看成点电荷，是一种理想化模型，并不是只有体积很小的带电体才能看作点电荷，点电荷既可以是检验电荷，也可以是场源电荷，故 、 错误。 3、典例分析 三、库仑的实验 第2节 库仑定律 1、实验装置 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。 平衡小球B 细银丝 带电小球C 带电小球A 刻度盘与指针 B球的作用是什么？ 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。 2、实验原理 3、实验方法 控制变量法 1.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。 2.探究F与q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？ 4、电量的获取 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∝ 5、实验操作 比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2 适用条件： ①真空中 ②静止的 ③点电荷 6、库仑定律表达式与静电力常量 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q1、q2的乘积成正比F∝ 方向 ：在它们的连线上 7、公式讨论 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：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？当r → 0时 ，F→∞？ +Q +Q L=3r + + + + + + +Q -Q L=3r - - - + + + 两球带同种电荷时F< 两球带异种电荷时F > 例3： 如图所示，两个质量均为 的完全相同的金属球壳 与 ，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离 为球直径的2倍。若使它们带上等量异种电荷，两球所带的电荷量的绝对值均为 ，那么， 、 两球之间的万有引力 、库仑力 分别为( ) A. , B. , C. , D. , 8、典例分析 [解析]选D。万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离 只有直径的2倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可视为质量集中于球心的质点，因此可以用万有引力定律求 ；对于 、 两带电球壳，由于两球心间的距离 只有直径的2倍，且电荷集中于两球靠近的一侧，不能将其看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件， 正确。 8、典例分析 四、静电力的计算 第2节 库仑定律 1、电量感知 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。 两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，两个电荷的作用力多少? 思考感知 约等于1百万吨的物体！ 实际上，库仑是一个非常大的电荷量单位 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。 2、库仑力与万有引力 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 场力 万有引力场 电场 公式 条件 两质点之间 两点电荷之间 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。 例4：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。 3、典例分析 解：根据库仑定律，它们之间的静电力 根据万有引力定律，它们之间的万有引力 氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039倍 研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略 3、典例分析 例5：真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A、B(均可看作点电荷），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，此时A、B球间的静电力变为多大？若再使A、B间距离增大为原来的2倍，则它们间静电力又为多大？ C C A B B +Q A -Q r B A r 2r 所以： 解析 3、典例分析 例6: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，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。 q1 q2 q3 ＋ ＋ ＋ 3、典例分析 【解析】q3 共受 F1 和 F2 两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间的距离 r 都相同 , 所以 根据平行四边形定则，合力是: 合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。 3、典例分析 例7：光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，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L/2处 C －4Q，在B右侧距B为L处 D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处 -4Q +Q FA FA FB FB FA>FB FB FA FA=FB 对B 解得：q=4Q 带负电 C 3、典例分析 C A B C A B C A B 结论1：两同夹异 4、思考讨论 问题2：A和B、C电荷量的大小关系？ 问题3：r1、r2与B、C的电量关系？ 结论2：两大夹小 结论3：近小远大 问题1：C球放在何处，带正电还是负电，三球才能平衡 ？ 总结：三个点电荷的平衡规律 定性: 三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大 q1 q2 q3 r 1 r 2 r 定量： = ＋ r 1 r = r r = 2 r 1 r 2 = 4、思考讨论 五、课堂总结 第2节 库仑定律 库仑定律 点电荷与库仑定律 库仑实验 电荷与点电荷 库仑定律 内容 表达式 条件 实验原理与方法 静电力常量 静电力的平衡 五、课堂总结 静电力的计算 静电力的计算 六、练习与应用 第2节 库仑定律 六、练习与应用 1:（多选）下列关于点电荷的说法正确的是( ) A. 两个带电体无论多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷 B. 一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷 C. 一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷 D. 两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 答案：AD [解析] 无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷， 正确， 错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体也不能被看作点电荷， 错误；两个带电金属小球，当离得很近时，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离,若带异种电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离， 正确。 六、练习与应用 六、练习与应用 2.（多选）对于库仑定律，下列说法正确的是( ) A. 凡计算两个电荷间的作用力，都可以使用公式 B. 相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间相互作用的库仑力大小一定相等 C. 两个带电小球距离非常近时，不能再使用库仑定律计算库仑力的大小 D. 若两个点电荷的电荷量各减为原来的一半，彼此间的距离保持不变，则它们之间的库仑力大小减为原来的四分之一 六、练习与应用 答案:BCD [解析]库仑定律的适用条件是真空中两个静止的点电荷， 错误；根据牛顿第三定律，可知两个点电荷间的库仑力大小一定相等， 正确；当两个带电小球距离非常近时，此两小球不能视为点电荷，库仑定律不适用，故 正确；由库仑定律 可知 ， ， 不变时，它们之间的库仑力 ， 正确。 3.电荷量之比为 的带异种电荷的两个完全相同的金属球 和 ，相距为 。两者接触一下放到相距 的位置，则稳定后两小球之间的静电力大小与原来之比是( ) A. B. C. D. 六、练习与应用 六、练习与应用 答案:C [解析]两个完全相同的金属小球带异种电荷，间距为 ，将它们相互接触再分开，所带电荷量先中和后平分，设开始金属球 和 的所带电荷量为 ，则分开后 、 所带的电荷相等都为 ，间距变为 ，根据库仑定律得 ， ，解得 ，则后来两小球之间的静电力大小与原来之比是 。 4.如图所示，两个质量均为 的完全相同的金属球壳 与 ，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离 为球直径的2倍。若使它们带上等量异种电荷，两球所带的电荷量的绝对值均为 ，那么， 、 两球之间的万有引力 、库仑力 分别为( ) A. , B. , C. , D. , 六、练习与应用 六、练习与应用 答案:D [解析]万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离 只有直径的2倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可视为质量集中于球心的质点，因此可以用万有引力定律求 ；对于 、 两带电球壳，由于两球心间的距离 只有直径的2倍，且电荷集中于两球靠近的一侧，不能将其看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件， 正确。 5.如图所示，分别在 、 两点放置点电荷 和 。在 的垂直平分线上有一点 ，且 。如果有一电子静止放在 点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？ 六、练习与应用 六、练习与应用 [解析]电子带负电荷，在 点同时受 、 两点电荷的作用力 、 ，如图所示。由库仑定律 得 ，同理可得 ，由矢量的平行四边形定则和几何知识得，静止放在 点的电子受到的库仑力 ，方向平行于 连线由 指向 。 感谢观看 Thank you for listening Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $