9.2库仑定律 课件+导学案 -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，通过回顾电荷相互作用规律，以“距离和电荷量对作用力影响”的思考设问，搭建从已知到实验探究的学习支架，引导学生逐步理解静电力的决定因素。 其特色在于以科学探究为主线，通过控制变量法分析实验结果，结合库仑扭秤实验的模型建构（微小量放大、电荷量分割），培养科学思维。即学即练与分层习题训练，助力学生形成相互作用观念，提升问题解决能力，教师可高效落实教学目标。

第九章 静电场及其应用 9.2 库仑定律 人教版物理 必修三 课程目标 课程目标 重点、难点 1.知道点电荷模型。 1.库仑定律的内容、使用条件。 2.知道两个点电荷间相互作用的规律。 2.库伦的实验。 3.体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。 3.知道静电力的概念，并掌握计算静电力计算的方法。 课程引入 回顾： 自然界的两种电荷具有怎样的相互作用规律？ 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 思考： 两个电荷相互作用的强度应该和什么有关？ 带正电的带电体C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。 （1）带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ （2）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？ 新课学习 带正电的带电体C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。 （1）带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ （2）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？ 思考（1）：作用力的大小是抽象的，有什么办法能够观察到这个作用力的大小？ 思考（2）：当有多个因素影响时候，实验应当采用什么方法？ 通过观察悬挂小球丝线偏离竖直方向的偏角大小判断作用力大小，偏角越大，电荷间作用力越大。 控制变量法。 新课学习 实验结果一：当带电量一定时，两电荷的距离越近，它们的作用力越大。 实验结果二：当距离一定时，在同一位置增大小球所带的电荷量，它们的作用力增大。 实验结论： 两电荷间的作用力大小随电荷间距离的增大而减小，随电荷量的增大而增大。 新课学习 实验结论： 两电荷间的作用力大小随电荷间距离的增大而减小，随电荷量的增大而增大。 显然，这个实验结果与万有引力的大小是类似的，那么电荷之间的作用力大小公式是否与万有引力定律类似的形式？ 事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意： 英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），定量得出电荷间相互作用大小的规律。 新课学习 一、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。（这种相互作用力称为静电力或库仑力） 2.公式：，其中k＝9.0×109N·m2/C2，叫作静电力常量。 思考：当两电荷间的距离r→0时，能否根据得出两电荷间的相互作用力F→0？ 3.适用条件：①真空；②静止点电荷。 4.点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、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。（理想化模型） 新课学习 讨论 库仑定律的适用条件：①真空；②静止点电荷。 如果带电体不能看成点电荷，它们间作用力情况是什么样的？ 如图所示的两个金属小球，球心间距离为4r，现使两球分别带上等量异种电荷+Q、-Q，则两球间的相互作用力 A．等于 B．小于 C．大于 + + - - d＜4r C 新课学习 【即学即练】 考点一：对库仑定律的理解 1.对于库仑定律，下面说法中正确的是 A.相互作用的两个点电荷，不论它们电量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等 B.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律 C.凡计算两个电荷间的相互作用力，都可以使用公式 D.两个点电荷的电量各减为原来的一半，它们之间的距离保持不变，则它们之间库存仑力减为原来的一半 A 新课学习 【即学即练】 考点一：对库仑定律的理解 2.关于库仑定律，下列说法中正确的是 A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 B.根据，当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C.若点电荷Q的电荷量大于的电荷量q，则Q对q的静电力大于q对Q的静电力 D.库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 D 新课学习 【即学即练】 考点二：库仑定律的运用 1.如图所示，两个完全相同的绝缘金属小球A、B放置在桌面上，所带电荷量分别为+9q、-q，刚开始时两球心相距为d（d>>r），库仑力大小为F，现将两球接触后球心相距为2d放置，则库仑力的大小为_____________________。 2.电荷量分别为q1、q2、q3的三个点电荷分别固定在同一直线上的A、B、C三个位置，如图所示，其中BC=2AB，4q1=q3。设q1对q2的库仑力大小为F，则q3对q2的库仑力大小为 A．16F B．8F C．2F D．F D 新课学习 【即学即练】 考点二：库仑定律的运用 3.（多选）半径为r的两个金属球，其球心相距3r，下列关于两球间的静电力F说法正确的是 A．两球带等量同种电荷Q，F= B．两球带等量同种电荷Q，F＜ C．两球带等量异种电荷Q，F< D．两球带等量异种电荷Q，F> BD 新课学习 【即学即练】 考点三：平衡问题与运动问题 1.如图所示，用两根绝缘细线把两个带同种电荷的小球A、B悬挂在同一点O，两小球静止时位于同一水平面上。已知球A所带的电荷量大于球B所带的电荷量，球A的质量大于球B的质量。设球A、B对细线拉力的大小分别为FTA、FTB，细线OA、OB与竖直方向的夹角分别为α、β。下列说法正确的是 A．α等于β B．α大于β C．FTA 等于FTB D．FTA大于FTB D 【即学即练】 考点三：平衡问题与运动问题 2.如图所示，两根绝缘细线一端分别连接a、b两个带电的小球（可视为质点），细线另一端悬挂于同一点，两球静止时处于同一水平高度，细线与竖直方向的夹角分别为α=30°、θ=60°。下列说法正确的是 A．a、b两球质量比为 2:1 B．a的电荷量一定大于b的电荷量 C．若同时剪断两根细线，a、b同时落地 D．若同时剪断两根细线，a、b均做匀变速运动 新课学习 C 新课学习 回顾与思考： 两电荷间的作用力大小与什么有关？要想验证库仑定律的内容，需要哪些数据？ 阅读教材P7，回答问题： （1）如何通过该装置比较库仑力的大小？ （2）如何通过该装置确定电荷量？ 新课学习 二、库伦的实验（扭秤实验） 1.实验装置：库仑扭秤（如图9.2-1所示）。 2.实验方法： （1）将微小量放大——通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小。 （2）电荷量的确定——库仑运用把一个带电小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半的方法，把带电小球的电荷量q分为q/2、q/4、q/8、…，巧妙地解决了当时小球带电荷量不能测量的问题。 新课学习 二、库伦的实验（扭秤实验） 3.实验步骤： （1）保持A和C的电荷量不变，改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r之间的关系。 （2）保持A和C之间的距离不变，改变A和C的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系。 实验结论： （1）两小球上的电荷量不变时，力F与距离r的二次方成反比，F∝。 （2）两小球间的距离不变时，力F与电荷量q1和q2的乘积成正比，F∝q1q2。 （3）综合结论：F∝或F＝。 新课学习 问题： 电荷之间既有静电力又有万有引力，计算电荷之间的作用力时，能否忽略万有引力？ 微观粒子间，万有引力远小于库仑力的大小。因此在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力可以忽略。 新课学习 三、静电力的计算 1.两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 2.两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。 新课学习 【即学即练】 考点四：静电力的计算 1.如图所示，真空中正三角形OMN的三个顶点上固定有三个相同的点电荷。已知O、M上两点电荷之间的库仑力大小为F，则N点处点电荷所受库仑力的大小为 A．F B．F C．2F D．3F 2.如图所示，边长为a的正方形的三个顶点上，放置电荷量分别为+2q、+q、+q的三个点电荷，已知静电力常量为k，若在正方形中心处放置一带电量为+q的点电荷，则该点电荷受到的库仑力大小为 A． B． C． D． B D 知识巩固 判断下列说法是否正确： （1）探究电荷之间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法。 （2）只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷。 （3）两点电荷所带的电荷量越大，它们间的静电力就越大。 （4）两点电荷所带的电荷量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。 （5）若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力。 （6）在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力可以忽略。 （7）两个点电荷间的作用力会因第三个点电荷的存在而改变。 √ × × √ × √ × 习题训练 1.带电量分别为+4Q和-6Q的两个相同的金属小球，相距为r时，相互作用力的大小为F。若把它们接触一下后分开固定距离变为r/2，它们的相互作用力的大小变为 A.F/24 B.F/16 C.F/6 D.F/4 2.真空中的两个点电荷q1、q2，当他们的距离为时r0，它们之间的库仑力F，若将它们的距离减小为原来的一半而各自电荷量保持不变，它们间的库仑力为 A.F/2 B.F/4 C.2F D.4F C D 习题训练 3. 某物理兴趣小组利用图甲装置来探究影响电荷间静电力的因素，做了如下实验，A是一个电荷量为Q的带正电物体，把系在绝缘丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置，小球所带电荷量为q。 （1）为了比较甲图中小球在不同位置所受带电体的作用力的大小，下列方法最好的是________ 。 A．比较小球抬起的高度 B．比较丝线偏离竖直方向的角度 C．比较丝线的长度 （2）如图乙所示，A、B为两个带电小球，当B静止时，两小球的球心恰好在同一水平面上，细线与竖直方向的夹角为，若小球的质量为θ，重力加速度为g，则库仑力F与夹角θ之间的关系式为________（请用已知条件中的字母表示）。 （3）在阅读教材后，该同学知道了库仑定律的表达式，并知道了均匀分布的带电球体可以等效为电荷量全部集中在球心处的一个点电荷。他将两个半径为的金属小球分别带上了和的正电，并使其球心相距，应用库仑定律，计算了两球之间的库仑力，则该同学的计算结果________（填“偏大”“偏小”或“正确”）。 【答案】 （1）B （2）mgtanθ （3）偏大 习题训练 4.如图所示，把质量为m的带负电的小球A用绝缘细绳悬挂起来，再将带正q电荷量的带电小球B靠近 A，当两个带电小球在同一高度相距r时，A球静止，绳与竖直方向的夹角为α。已知静电力常量为k，重力加速度为g，求： （1）A球受到的库仑力F的大小； （2）绳子上的拉力大小； （3）A球所带电荷量qA。 【答案】 （1）mgtanα （2）mg/cosα （3） $ 第九章 静电场及其应用 9.2库仑定律 【课程目标】 1. 知道点电荷模型。 2. 知道两个点电荷间相互作用的规律。 3. 体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。 【新课学习】 一、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 成正比，与它们的 成反比，作用力的方向在 上。 2.公式：F＝ ，其中k＝9.0×109N·m2/C2，叫作静电力常量。 3.适用条件： 。 4.点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、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。（点电荷是一种理想化模型） 二、库仑的实验 1.实验装置：库仑扭秤。 2.实验方法： （1）将微小量放大——通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小。 （2）电荷量的确定——库仑运用把一个带电小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半的方法，把带电小球的电荷量q分为、、、…，巧妙地解决了当时小球带电荷量不能测量的问题。 3.实验步骤 （1）保持A和C的电荷量不变，改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r之间的关系。 （2）保持A和C之间的距离不变，改变A和C的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系。 4.实验结论 （1）两小球上的电荷量不变时，力F与距离r的二次方成反比，F∝。 （2）两小球间的距离不变时，力F与电荷量q1和q2的乘积成正比，F∝q1q2。 （3）综合结论：F∝或F＝k。 三、静电力计算 1.电荷之间既有静电力又有万有引力，计算电荷之间的作用力时，能否忽略万有引力？ 2.两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 3.两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 。 【即学即练】 考点一：对库仑定律的理解 1.对于库仑定律，下面说法中正确的是 A.相互作用的两个点电荷，不论它们电量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等 B.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律 C.凡计算两个电荷间的相互作用力，都可以使用公式F＝k D.两个点电荷的电量各减为原来的一半，它们之间的距离保持不变，则它们之间库仑力减为原来的一半 2.关于库仑定律，下列说法中正确的是 A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 B.根据，当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C.若点电荷Q的电荷量大于的电荷量q，则Q对q的静电力大于q对Q的静电力 D.库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 考点二：库仑定律的运用 1.如图所示，两个完全相同的绝缘金属小球A、B放置在桌面上，所带电荷量分别为+9q、-q，刚开始时两球心相距为d（d>>r），库仑力大小为F，现将两球接触后球心相距为2d放置，则库仑力的大小为________。 2.电荷量分别为q1、q2、q3的三个点电荷分别固定在同一直线上的A、B、C三个位置，如图所示，其中BC=2AB，4q1=q3。设q1对q2的库仑力大小为F，则q3对q2的库仑力大小为 A．16F B．8F C．2F D．F 3.（多选）半径为r的两个金属球，其球心相距3r，下列关于两球间的静电力F说法正确的是 A．两球带等量同种电荷Q， B．两球带等量同种电荷Q， C．两球带等量异种电荷Q， D．两球带等量异种电荷Q， 考点三：平衡问题与运动问题 1.如图所示，用两根绝缘细线把两个带同种电荷的小球A、B悬挂在同一点O，两小球静止时位于同一水平面上。已知球A所带的电荷量大于球B所带的电荷量，球A的质量大于球B的质量。设球A、B对细线拉力的大小分别为FTA、FTB，细线OA、OB与竖直方向的夹角分别为α、β。下列说法正确的是 A．α等于β B．α大于β C．FTA 等于FTB D．FTA大于FTB 2.如图所示，两根绝缘细线一端分别连接a、b两个带电的小球（可视为质点），细线另一端悬挂于同一点，两球静止时处于同一水平高度，细线与竖直方向的夹角分别为α=30°、θ=60°。下列说法正确的是 A．a、b两球质量比为 2:1 B．a的电荷量一定大于b的电荷量 C．若同时剪断两根细线，a、b同时落地 D．若同时剪断两根细线，a、b均做匀变速运动 考点四：静电力的计算 1.如图所示，真空中正三角形OMN的三个顶点上固定有三个相同的点电荷。已知O、M上两点电荷之间的库仑力大小为F，则N点处点电荷所受库仑力的大小为 A．F B．√3F C．2F D．3F 2.如图所示，边长为a的正方形的三个顶点上，放置电荷量分别为+2q、+q、+q的三个点电荷，已知静电力常量为k，若在正方形中心处放置一带电量为+q的点电荷，则该点电荷受到的库仑力大小为 A． B．2 C．3 D．4 【知识巩固】 判断下列说法是否正确： （1）探究电荷之间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法。 （2）只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷。 （3）两点电荷所带的电荷量越大，它们间的静电力就越大。 （4）两点电荷所带的电荷量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。 （5）若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力。 （6）在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力可以忽略。 （7）两个点电荷间的作用力会因第三个点电荷的存在而改变。 【习题训练】 1.带电量分别为+4Q和-6Q的两个相同的金属小球，相距为r时，相互作用力的大小为F。若把它们接触一下后分开固定距离变为r/2，它们的相互作用力的大小变为 A.F/24 B.F/16 C.F/6 D.F/4 2.真空中的两个点电荷q1、q2，当他们的距离为r0时，它们之间的库仑力F，若将它们的距离减小为原来的一半而各自电荷量保持不变，它们间的库仑力为 A.F/2 B.F/4 C.2F D.4F 3. 某物理兴趣小组利用图甲装置来探究影响电荷间静电力的因素，做了如下实验，A是一个电荷量为Q的带正电物体，把系在绝缘丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置，小球所带电荷量为q。 （1）为了比较甲图中小球在不同位置所受带电体的作用力的大小，下列方法最好的是________ 。 A．比较小球抬起的高度 B．比较丝线偏离竖直方向的角度 C．比较丝线的长度 （2）如图乙所示，A、B为两个带电小球，当B静止时，两小球的球心恰好在同一水平面上，细线与竖直方向的夹角为θ，若小球的质量为m，重力加速度为g，则库仑力F与夹角θ之间的关系式为________（请用已知条件中的字母表示）。 （3）在阅读教材后，该同学知道了库仑定律的表达式，并知道了均匀分布的带电球体可以等效为电荷量全部集中在球心处的一个点电荷。他将两个半径为的金属小球分别带上了和的正电，并使其球心相距，应用库仑定律，计算了两球之间的库仑力，则该同学的计算结果________（填“偏大”“偏小”或“正确”）。 4.如图所示，把质量为m的带负电的小球A用绝缘细绳悬挂起来，再将带正q电荷量的带电小球B靠近 A，当两个带电小球在同一高度相距r时，A球静止，绳与竖直方向的夹角为α。已知静电力常量为k，重力加速度为g，求： （1）A球受到的库仑力F的大小； （2）绳子上的拉力大小； （3）A球所带电荷量qA。 1 学科网（北京）股份有限公司 $