物理人教版（2019）必修第三册9.2库仑定律（共26张ppt）

(共26张PPT)
§9.2 库仑定律
同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引
那么电荷之间相互作用力大小与那些因素相关？
温故知新
实验1：带电体M带正电，将系在丝线上带正电的小球分别悬挂在P1、P2、P3，M和小球球心在同一水平直线上，观察丝线偏离竖直方向的夹角。
现象：r增大，夹角变小；r减小，夹角变大。
结论：作用力和电荷间距离有关，且随距离的增大而减小。
一、电荷间相互作用力定性探究
思考一：夹角大小和作用力的关系如何？
思考二：多个因素影响的时候，通常会采用什么方法进行研究？
F≈mgtanθ
⌒
θ
F
mg
T
实验2：在同一位置P1不断减小小球（或M）所带的电荷量（电荷均分原理），观察小球偏离竖直方向的夹角变化情况.
现象：q变小，夹角变小；q变大，夹角变大
结论：电荷之间作用力与电荷量有关，随电荷量增大而增大。
实验表明：
电荷间作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小
电荷间作用力与两电荷量和电荷间距离的具体关系如何？
根据控制变量法可猜想：
r一定时，
q一定时，
或
或
电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？
英国科学家卡文迪许和普里斯特利确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。
不过，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），对电荷之间的作用力开展研究。
最后提出库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
法国学者库仑(1736-1806)
卡文迪许 (1731～1810)
法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间力的大小跟电量和距离的关系。
英国物理学家卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常数。
二、库仑的实验
卡文迪许扭秤
1、实验装置：库仑扭秤
2、实验原理：
扭转角度θ和力F关系:F∝θ
(1)A、C电量不变，改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，找出F与r的关系。
3、实验方法：控制变量法
4、实验步骤：
(2) A和C之间的距离r不变，改变A和C的电量q1、q2 ，利用电荷均分原理使电荷量依次为q/2、q/4、q/8,记录每次悬丝扭转的角度θ1、θ2、θ3便可找出F与q1、q2的关系。
6、实验结论：电荷量不变时，F∝1/r2;距离不变时，F∝q1·q2
刻度盘与指针
细银丝
带电小球C
带电小球A
平衡小球B
综合结论:
式中的k是比例系数，叫做静电力常量。通过实验测定其值为:
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。
电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。
2. 大小：
（1）k是比例系数，叫做静电常量。
（2）q1、q2为带电量，即电荷量的绝对值。
3.方向：
在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
（3）r是点电荷之间的距离，即电荷分布中心距离
三、库仑定律
4.适用条件：
（1）真空中(忽略空气的电离，在空气中也可用）
（2）静止的（忽略运动时电磁场变化，低速低频运动也可用）
（3）点电荷
5、点电荷 :是一个忽略大小、形状、电荷分布的带电的点
（1）思想方法：理想模型法
（2）条件：带电体大小对F影响不大，即大小远小于它们之间的距离。
想一想：当两个带电体距离r→0时，F→∞？
6、距离较近的两带电球体的电荷分布中心距离r的定性判断
(3)异种电荷球形导体
(2)同种电荷球形导体
(1)均匀带电绝缘球体
r
r
r
r＜球心距
r=球心距
r＞球心距
甲、乙、丙三对带电球体，每个球体带电量都q，球心之间的距离都为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图所示，若F=kq2/r2,
试比较甲、乙、丙三对带电体之间的库仑力F1、F2、F3与F的大小关系。
F3＞F1=F＞F2
练一练
库仑是一个非常大的电荷量单位，根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距 1 m 时，相互作用力是有多大？相当于多大物体受到的重力？
mg=9×109N
m=9×108kg=9×105吨
差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！
库仑有多大
已知氢原子核的质子所带电荷量是1.6×10-19 C。电子所带的电荷量是 -1.6×10-19 C。质子质量为 1.67×10-27 kg，电子质量为 9.1×10-31 kg。在氢原子内，氢原子核与电子之间最短距离为 5.3×10-11 m。试比较氢原子核与电子间的静电力和万有引力。
微观粒子间的万有引力远小于库仑力。在研究微观带电粒子的相互作用时，可以忽略万有引力。
微观粒子间的万有引力和库仑力
【例题 1】如图所示，在绝缘光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球.同时从静止释放，则两个小球的加速度大小和速度大小随时间变化的情况是（ ）
A.速度变大，加速度变大 B. 速度变小，加速度变小
C.速度变大，加速度变小 D.速度变小，加速度变大
C
1.判断库仑力产生的加速度时，既要考虑电荷量变化也要考虑距离变化
2.判断库仑力导致的速度变化时，要准确判断库仑力和速度方向关系
（1）方向相同，加速直线运动
（2）方向相反，减速直线运动
（3）成夹角，曲线加速或减速，甚至匀速圆周运动
三、库仑力判断和的计算
【变式训练】如图所示，在光滑且绝缘的水平面上有两个金属小球 A 和 B，它们用一绝缘轻弹簧相连，带同种电荷.弹簧伸长 x。时小球平衡;若 A、B带电荷量加倍，当它们重新平衡时，弹簧伸长 x，则x 和x0的关系为（ ）
A. x =2x0 B. x=4x0
C. x<4x0 D. x>4x0
C
其它条件不变，两个小球改为带异种电荷，压缩量关系如何？
【例题 2】真空中有三个点电荷a、b、c，它们固定在边长等边三角形的三个顶点上，a、b电荷量都为+q,c电荷量为-q,求三个点电荷a、b、c受到的库仑力之比为多少？
一个电荷所受库仑力等于周围其他所有点电荷对它的作用力的合力，合成时遵守平行四边形定则。
c
b
a
q1
q3
q2
？
四、三个自由点电荷平衡问题
三个小球都平衡时，q3在什么位置？
q3与q1、q2带电性质如何？
q3与的q1、q2大小关系如何？
+大
+小
q1
q2
（1）定性关系：同内，近小
情景一：单个点电荷平衡。
结论：固定电荷电性相同时，自由电荷q的平衡位置在两固定电荷连线之内，更靠近带电量小的固定电荷，自由电荷电性、电荷量任意。
（1）q1、q2带同种电荷固定不动，q1＞q2 ，自由电荷q3平衡时的位置？
q3与q1、q2的电性和电荷量大小关系？
q3
q3
q3
F1
F2
√
×
×
q3
×
q2与q3距离
q1与q3距离
-小
+大
q1
q2
（1）定性关系：异外，近小
q3
F2
F1
（2）q1、q2带异种电荷固定不动，q1＞q2 ，自由电荷q3平衡时的位置？
q3与q1、q2的电性和电荷量大小关系？
定性关系：两大夹小、两同夹异、近小远大
情景二：三个点电荷都平衡。
设q1、q2带同种电荷，可自由移动，q1＞q2 ，当加入自由电荷q3 ，
q1、q2、q3都平衡时，q3位置q3的电性、电量大小如何？
+大
+小
q1
q2
（1）q3平衡位置内外判断：同内，近小。
（2）q3电荷正负：通过q2平衡判断，外异，q2与q1电性相反
（3）q3电量大小：
①q3与q1 ：通过q2平衡判断， 近小，q3＜q1
②q3与q2 ：通过q1平衡判断，近小，q3＜q2
q3
-
最小
+大
+小
q1
q2
-
q3
q1、q2在是指两侧的较大电荷量
q3是指在中间的最小电荷量
定量关系推导：
已知任意两个求第三个
【例题 1】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
思路：
（1）先定性判断内外侧、电荷性质
（2）再根据平衡方程定量求电荷量大小或求距离
C
【变式训练】如图所示，三个点电荷q1、q2、q3，固定在一直线上，q2与q3距离为q1与q2距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合均为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比q1：q2：q3为（ ）
A. -9:4:(-36) B. 9:4:36
C. -3:2:(-6) D. 3:2:6
A
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q1
q2
q3
课堂小结
一个模型：理想化模型———点电荷
一个定律：库仑定律
一个公式：F=kq1q2/r2
一种物理实验方法：控制变量法
一种物理探究过程：定性探究→定量探究
谢谢 再见！