2022_2023学年新教材高中物理第9章静电场及其应用2库仑定律课件新人教版必修第三册（58张PPT）

(共58张PPT)
第九章　静电场及其应用
2．库 仑 定 律
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道库仑定律的内容及适用条件。
2．知道点电荷的概念，知道带电体看成点电荷的条件。
3．了解库仑扭秤实验。
4．理解库仑定律的表达式，并会计算点电荷间的静电力。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．库仑定律的内容：_______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_______，与它们的距离的二次方成_______，作用力的方向在它们的_______上。
2．静电力：电荷间的相互作用力，也叫_________。
3．点电荷
①定义：把带电体看作_______的点。
②条件：带电体的形状、_______及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可_______。
知识点 1
电荷之间的作用力
真空　
正比　
反比　
连线　
库仑力　
带电　
大小　
忽略　
1．实验装置
库仑扭秤(如图所示)
知识点 2
库仑的实验
2．实验过程
(1)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________的关系。
(2)根据两完全相同的金属球接触后所带电荷量_______，改变小球带电荷量，研究静电力F与小球带电荷量q1、q2的关系。
3．实验结论
(1)力F与距离r的二次方成反比，即________。
(2)力F与q1和q2的乘积成正比，即__________。由此可得：F＝______，其中k叫作静电力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2。
距离r　
相等　
F∝q1q2　
(1)两点电荷间的静电力直接应用___________计算。
(2)两个或两个以上点电荷对某一电荷的作用力等于各个电荷单独对这个电荷的作用力的_________。
(3)两个点电荷间的作用力不会因第三个点电荷的存在而___________。
知识点 3
静电力计算
库仑定律　
矢量和　
有所改变　
预习自测
『判一判』
(1)两电荷的带电量越大，它们间的静电力就越大。 (　　)
(2)两电荷的带电量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。 (　　)
(3)很小的带电体就是点电荷。 (　　)
(4)两点电荷之间的作用力是相互的，其方向相反，但电荷量大的对电荷量小的电荷作用力大。 (　　)
×　
√　
×　
×　
×　
B　
『想一想』
用干燥的纤维布分别与两张薄塑料片摩擦一下，然后将两张塑料片靠近发现它们相互排斥(如图)。通过此现象说明摩擦后的透明塑料片之间的相互作用力不是万有引力，试叙述你的理由。
解析：理由一：透明塑料片互相排斥，而万有引力使物体相互吸引，显然这种排斥力不是万有引力。
理由二：像透明塑料片这样质量小的物体之间存在的万有引力很小，我们一般无法观察到明显的受力情况。而摩擦后的塑料片之间的相互作用力可以明显观察到，显然不是万有引力。
理由三：这种力的存在和大小取决于透明塑料片是否受到摩擦，万有引力与是否摩擦无关，因此这种力不是万有引力。
课内互动探究
“嫦娥四号”月球探测器发射升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有及时导走，在研究月球上的“嫦娥四号”与地球(地球带负电)的静电力时，能否把“嫦娥四
号”看成点电荷？为什么？
提示：能。因为月地之间的距离远大于带电体
的线度。
对点电荷的理解
情景导入
探究
一
1．点电荷是理想化的物理模型
点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。
要点提炼
2．带电体看成点电荷的条件
(1)一个带电体能否看成点电荷，要看它本身的线度是否比它们之间的距离小得多。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离足够大，也可以视为点电荷。
(2)带电体的线度比相关的距离小多少时才能看成点电荷，还与问题所要求的精度有关。在测量精度要求的范围内，带电体的形状及大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体就可以看成点电荷。
(1)从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷。
(2)带电的物体能否看成点电荷，有时还要考虑带电体的电荷分布情况。
特别提醒
(2021·上海交通大学附属中学高二上学期期中)关于点电荷，下列说法正确的是 (　　)
A．只有体积很小的带电体才可以看作点电荷
B．只有球形带电体才可以看作点电荷
C．只有带电量很少的带电体才可以看作点电荷
D．带电体能否被看作点电荷既不取决于带电体大小，也不取决于带电体的形状
典例1
典例剖析
D　
思路引导：一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状来确定。
解析：当带电体的大小和形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，带电体能否看作点电荷是由研究问题的性质决定，与自身大小形状无具体关系，D正确。
1．(2021·吉林长春五校联考)下列关于电荷、点电荷的说法，正确的是 (　　)
A．自然界只存在三种电荷：正电荷、负电荷和元电荷
B．足够小(如体积小于0.1 mm3)的电荷，就是点电荷
C．物体的带电荷量可以是3×10－19 C
D．一个带电体能否看成点电荷，是看它的形状和大小对所研究问题的影响是否可忽略不计
对点训练
D　
解析：带电体可否看作点电荷，由所研究问题的性质决定，与带电体自身大小形状无具体关系；任何物体的带电荷量都是元电荷或是元电荷的整数倍。
原子结构模型示意图如图所示。该模型中，电子绕原子核做匀速圆周运动，就像地球的卫星一样。观察如图，思考：
电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对
电子的万有引力提供的吗？
提示：原子核对电子的库仑力提供了向心力，两
者间的万有引力要比库仑力小得多，完全可以忽略不
计。
对库仑定律的理解
情景导入
探究
二
1．库仑定律的适用条件
(1)真空中；(2)静止点电荷。
以上两个条件是理想化的，在空气中也近似成立。
2．k值的确定
库仑定律中的静电力常量k，只有在公式中的各量都采用国际单位时，才可以取k＝9.0×109 N·m2/C2。
要点提炼
3．库仑力是“性质力”
库仑力是电荷之间的一种相互作用力，具有自己的特性，与重力、弹力、摩擦力一样是一种“性质力”。同样具有力的共性，例如两个点电荷之间的相互作用力也遵守牛顿第三定律——大小相等、方向相反、作用在同一直线上。在实际应用时，与其他力一样，受力分析时不能漏掉，对物体的平衡或运动起着独立的作用。
4．库仑定律与万有引力定律的比较
定律 共同点 区别 影响大小的因素
万有引力 定律 ①都与距离的平方成反比 ②都有一个常量 与两个物体质量有关，只有引力 m1、m2、r
库仑定律 与两个物体电荷量有关，有引力，也有斥力 q1、q2、r
特别提醒
典例 2
典例剖析
BD　
思路引导：解答本题应注意两点：
(1)两金属球可能带同种电荷，也可能带异种电荷。
(2)两相同金属球接触后平分总电量。
对点训练
D　
如图，已知空间中存在三个点电荷A、B、C，请思考：
(1)A对C的库仑力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？
(2)如何求A、B对C的作用力？
提示：(1)不受影响；是。
(2)根据静电力的叠加求解。
静电力的叠加
情景导入
探究
三
1．两个或两个以上点电荷对某一点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。这个结论通常叫作静电力叠加原理。
2．静电力具有力的一切性质，静电力叠加原理实际就是力叠加原理的一种具体表现。
3．静电力的合成与分解满足平行四边形定则，
如图所示。
要点提炼
如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C。
在AC＝BC＝AB＝6×10－2 m。如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？
典例 3
典例剖析
思路引导：(1)电荷间的单独作用符合库仑定律。
(2)求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则。
解析：电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示。
由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的电子受到的库仑力F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线由B指向A。
答案：见解析
对点训练
D　
核心素养提升
1．模型构建。
(1)三个点电荷共线。
(2)三个点电荷彼此间仅靠电场力作用达到平衡，不受其他外力。
(3)任意一个点电荷受到其他两个点电荷的电场力大小相等，方向相反，为一对平衡力。
库仑力作用下三个自由点电荷的平衡问题
2．模型规律。
(1)“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上。
(2)“两同夹异”——正负电荷相互间隔。
(3)“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小。
(4)“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
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＝4Q1，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
案例
A　
解析：当Q3为负电荷，分别置于A左侧、A与B之间、B右侧时，三者受力情况如下表所示：
当Q3为正电荷，分别置于A左侧、A与B之间、B右侧时，三者受力情况如下表所示：
故正确答案为A。
课堂达标检测
B　
解析：点电荷是一种理想化模型，带电体的大小和形状对作用力的影响可忽略时，带电体可视为电荷，故选项A错B对；当两电荷间的距离r→0时，库仑定律已不再适用，故选项C错误；两电荷间的作用力遵守牛顿第三定律，大小相等方向相反，故选项D错。
2．如图所示，直角三角形CAB中∠B＝30°，点电荷A、B所带电荷量分别为QA、QB，测得在C处的某正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则下列说法正确的是 (　　)
A．A带正电，QA︰QB＝1︰8
B．A带负电，QA︰QB＝1︰8
C．A带正电，QA︰QB＝1︰4
D．A带负电，QA︰QB＝1︰4
B　
解析：根据C处的正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则正点电荷所受力的情况应如图所示，然后根据库仑定律计算点电荷电荷量之比，B正确。
3．(2021·河南省创新发展联盟高二下学期联考)如图所示，光滑绝缘水平面上有三个带电小球a、b、c(均视为点电荷)，三球沿一条直线摆放且均处于静止状态，则下列说法正确的是 (　　)
A． a对b的静电力一定是引力
B．b对c的静电力可能是斥力
C． a的电荷量可能比b的电荷量少
D．若突然给c施加一个向右的恒力，则三个球能一起向右运动且互相之间的距离保持不变
A　
4．(2021·甘肃省武威市第五中学高二上学期期末)如图所示，质量分别是m1和m2带电量分别为q1和q2的小球，用长度不等的轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别是α和β(α＞β)，两小球恰在同一水平线上，那么 (　　)
A．两球一定带异种电荷
B．q1一定大于q2
C．m1不一定小于m2
D．m1所受库仑力一定大于m2所受的库仑力
A　
解析：两球相互吸引必定是异种电荷，故A正确；两球间的库仑力大小相等，无法判断电量的大小，故B错误；设两球间库仑力大小为F，对m1研究，得到F＝m1gtanα，同理，对m2研究，得到F＝m2gtanβ则：m1tanα＝m2tanβ，因α>β，得到m1