物理人教版（2019）必修第三册9.2库仑定律（共31张ppt）

(共31张PPT)
1.掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其表达式，知道静电力常量。
2.会用库仑定律的公式进行有关的计算。
3.知道库仑扭秤的实验原理。
学习目标
第九章 静电场
9.2 库仑定律
5. 电子和质子的电荷量分别是多少？他们是元电荷吗？
课前知识回顾
1、谁发现了电荷？谁测出了元电荷的电量？
2、什么叫元电荷 元电荷的电量是多少？用什么表示？
3、什么是感就起电？感应起的规律？
4、 完全相同两小球接触带电的规律
6、带电体的电荷量是任意的吗？
均为：e = 1.6×10－19 C
不是元电荷
不是，是元电荷的整数倍，即Q=ne
富兰克林
密立根
最小的电荷量
1.6×10－19 C
e
把带电体移近不带电的导体，使导体带电的现象
近异远同
先中和再均分
1 、（多选）科学家在研究原子、原子核及基本粒子时 ，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位。关于元电荷，下列说法正确的是 （ ）
A. 把质子或电子叫元电荷
B. 1.60×10─19 C 的电量叫元电荷
C. 电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷
D. 质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷
BCD
课前练习
2、带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导
体上的电荷移动情况是（ ）
A、枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动
B、枕形金属导体上带负电的电子向A端移动，正电荷不
移动
C、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端
移动
D、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端
移动
B
3．(多选)关于电荷量，以下说法中正确的是(　　)
A．物体所带的电荷量可以为任意实数
B．物体所带的电荷量只能是某些值
C．物体因摩擦带电荷量为＋1.60×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子
D．物体所带电荷量的最小值为1.60×10－19 C
答案：BCD　
大胆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
问题一：这个力的大小通过什么可以比较出来？
问题二：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？
思考 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那些因素呢？
＋
＋
α
G
F
T
α
方法：控制变量法
实验表明：
电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。
根据控制变量法可猜想：电荷间的作用力会不会与万有引力相似？即：
r一定时，
q一定时，
早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律。
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。
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。
2.适用条件：
电荷间的这种作用力叫做库仑力或静电力。
（1）真空中 （2）静止的点电荷
(以上两个条件是理想化的，在空气中也近似成立)
3、点电荷
（1）在研究带电体间的相互作用时，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我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。
（2）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点。
库仑扭秤实验
操作方法: 力矩平衡（静电力力矩＝金属细丝扭转力矩）
设计思想：控制变量法
库仑扭秤
库仑
思想方法：放大、转化
（二）、库仑定律的表达式
式中的k是比例系数，叫做静电常量。
计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。
方向：
在两点电荷的连线上，
同种电荷相斥，异种电荷相吸。
2.点电荷之间的静电力遵循牛顿第三定律。
1.能否由库仑定律表达式得出，当r→0时，
F→∞的结论？
拓展思考
当r→0时，两电荷不能再视为点电荷，库仑定律不再适用!
2.两个带电金属球，球心距离为r，两球间
的库仑力仍然遵循　　　　 吗？
r
r
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
两金属球带同种电荷
两金属球带异种电荷
例1. 关于点电荷的下列说法中正确的是（ ）
A. 真正的点电荷是不存在的
B. 点电荷是一种理想模型
C. 足够小的电荷就是点电荷
D. 一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计
ABD
1. 两个半径为 0.3 m 的金属球，球心相距 1.0 m 放置，当他们都带 1.5×10 5 C 的正电时，相互作用力为 F1 ，当它们分别带 +1.5×10 5 C 和 1.5×10 5 C 的电量时，相互作用力为 F2 , 则（ ）
A. F1 = F2 B. F1 ＜F2
C. F1 ＞ F2 D. 无法判断
B
任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的；任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律，用矢量求和法求合力。注意，此时金属球不能看成点电荷。
例2. （多选）下列各图中 A 球系在绝缘细线的下端，B 球固定在绝缘平面上，它们带电的种类以及位置已在图中标出。A 球能保持静止的是 (　 　)
AD
例3：用绝缘丝线悬挂一质量为m的带电小球B,放置在电荷量为+Q的小球A附近.如图所示,A、B两球在同一水平面上相距S,丝线与竖直方向夹角θ=37o, A、B两带电球可看成点电荷。试求
(1)丝线拉力
(2)A、B两球之间的静电力
(3) B球所带电荷的性质
(4) B球的电荷量的大小
+
+
+
+
+
+
A
B
θ
例4. 两个相同的金属小球 ，带电量之比为 1∶7 ，相距为 r ( r 远大于小球半径) ，两者相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的(　 )
CD
学案大本P8
答案：AC　
2． 如图所示，两条不等长的细线一端拴在同一点上，另一端分别拴两个带同种电荷的小球，电荷量分别是q1、q2，质量分别为m1、m2，两小球处于同一水平面时恰好静止，且α>β，则造成α、β不相等的原因是什么？
答案：两带电小球质量不同，m1学案大本P8
练习1：如图所示，质量分别为m1和m2带电量分别为q1和q2的小球，用长度不等的绝缘细线悬挂起来，两细线与竖直方向的夹角分别为α和β（α>β），两小球恰在同一水平面上，那么　（　 　）
Ａ．两球一定带异种电荷
B．q1一定大于q2
C．m1一定小于m2
D．m1所受库仑力力一定
大于m2所受的库仑力
AC
例：两个很小的带同种电荷的小球A和B，用绝缘细线连在一起，如图所示，A球质量为mA＝1.0 10－3　kg，电量qA＝2.0 10－8C，B球质量为mB＝2.0 10－3　kg，电量qA＝3.0 10－8C，两球心距离为r＝3 10－2　m，求两条细线上的拉力。
3.0 10－2　N，
2.6 10－2　N
规律方法 带电体力学问题的一般处理方法
1、确定研究对象
2、受力分析:分清受什么力;（库仑力也叫静电力，是性质力）
3、状态分析:平衡状态还是其他状态;
4、根据规律列方程求解.要熟练掌握库仑定律.
如果存在两个以上的点电荷怎样求静电力？
实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所变化。
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。
例4. 真空中有三个点电荷，它们固定在边长 50 cm 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。
解：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。
F1
F2
F3
q1
q2
q3
+
+
+
答案：D
学案大本P8
答案：8.0×10－21 N　方向平行于AB向左
学案大本P8
如图：A、B、C为一直角三角形的三个顶点，∠B=30°。现在A、B两点放置两点电荷qA、qB，测得在C处正点电荷受静电力方向与AB平行向左，则A带______电，qA∶qB=________。
负
30°
FC
A
B
C
1︰8
[典例体验]
[典例]　两个带正电荷的小球，电荷量分别为Q和9Q，在真空中相距l。如果引入第三个小球，恰好使得三个小球只在它们相互之间的静电力作用下处于平衡状态，第三个小球应带何种电荷，放在何处，电荷量又是多少？
学案大本P7
[拓展]　上例中，若把两个带正电的小球固定，
其他条件不变，则结果如何？
总结：1、三个自由点电荷的平衡问题
(1)条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。
(2)规律：
“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；
“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、若其中两个电荷固定，对第三个电荷 的电性、电量无要求，只需把第三个电荷放在两固定电荷 连线之间且靠近电荷量小的即可平衡
1. 两个可自由移动的点电荷分别放在 A、B 两处 ，如图所示 ，A 处电荷带正电 Q1，B 处电荷带负电 Q2 ，且 Q2 ＝ 4 Q1，另取一个可以自由移动的点电荷 Q3 ，放在直线 AB 上，欲使整个系统处于平衡状态，则 (　　)
A. Q3 为负电荷，且放于 A 左方
B. Q3 为负电荷，且放于 B 右方
C. Q3 为正电荷，且放于 A 与 B 之间
D. Q3 为正电荷，且放于 B 右方
A
练习2：真空中有两个固定的带正电的点电荷，其电量Q1＞Q2，点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时，正好处于平衡，则( )
A．q一定是正电荷　　
B．q一定是负电荷
C．q离Q2比离Q1远
D．q离Q2比离Q1近
D