物理人教版2019必修第三册9.2库仑定律（共24张ppt）

(共24张PPT)
第2节 库仑定律
第九章
静电场及其应用
课标定位
1、认识点电荷的概念；
2、通过演示实验，定性判断电荷间的作用力；
3、体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法；
4、掌握库仑定律的公式和适用条件。
素养阐释
1、物理观念：点电荷、库仑定律
2、科学思维：通过库仑定律建立，体会实验与类比在定律建立中发挥的作用，通过扭秤实验的思路，体会放大法的实验思想。
思考：电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？
同种电荷之间存在斥力 异种电荷之间存在引力
电荷之间相互作用力遵循什么规律？
甲
乙
丙
引入
实验探究：先让感应起电机起电，然后让泡沫球与感应起电机的一球相接触，泡沫球充电后弹开，然后再让泡沫球远离，观察细线倾角的变化，观察有什么现象产生？
猜想一下带电体间的作用力与哪些因素有关呢？它们有怎样的定量关系呢？
一、电荷间相互作用力
小球受力示意图
T
G
F
偏角越大，力越大
α
归纳：F与q、r有什么具体关系？
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……和万有引力的特点很相似？
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。
卡文迪什
普里斯特利
类比法
不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。
库仑设计了十分精妙的扭秤实验，于1785年提出库仑定律。
库仑
1.库仑定律：
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、表达式：
3、适用条件：真空中静止的点电荷
那么，什么是点电荷呢？
+
只有电量，没有大小、形状的理想化模型
4、点电荷特点
（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研究的问题影响甚小，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，实际上是不存在的。
（3）相互作用的两个点电荷，不论它们的电量是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力和反作用力。
+
同种电荷分布在金属球外侧
电荷距离>L
异种电荷分布在金属球内侧
电荷距离思考：两个靠近的带电球体，是否可看成是集中在球心的点电荷？
+Q
+Q
L=4r
+
+
+
+
+
+
+Q
-Q
L=4r
-
-
-
+
+
+
【课堂反馈1】如图所示，小球A固定在绝缘支架上，小球B用丝线悬挂，两小球均带有正电荷。现将A向右移近B，观察到丝线与竖直方向的夹角增大，这表明电荷间的作用力（　　）
A．随距离的减小而增大
B．随距离的减小而减小
C．随电荷量的减小而增大
D．随电荷量的减小而减小
A
二、库仑扭秤实验
遇到困难
电荷量无法直接测量
距离不便测量
微小力不易测量
库仑做实验的装置—库仑扭秤
平分电荷量
放大微小力
等倍改变距离
C
细银丝
平面镜
平衡小球B
带电小球C
带电小球A
灵感来自于卡文迪什扭秤
1、实验器材：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
想一想：B球的作用是什么呢？
使A球在水平面内平衡
2、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
3、实验方法：控制变量法
4、实验步骤
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r的关系。
②改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与q之间的关系
思考：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？
A
C
Q
A
A
C
A
D
5、实验结论
①当电量不变时，F与距离r的二次方成反比
②当距离不变时，F与q1q2的乘积成正比
答：选择完全相同的小球，进行多次电量均分
综合结论
这就是库仑定律的表达式，
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:
【课堂检测2】对库仑定律，下列说法正确的是（　　）
A．凡计算真空中的两个电荷间的相互作用力，就可以使用库仑公式
B．两个带电小球即使距离非常近，也能用库仑定律计算库仑力
C．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力一定大小相等
D．库仑定律中的静电力常量k只是一个比例常数，只有数值，没有单位
C
三、静电力计算
思考2：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__________ 。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常____的电荷量单位。
思考1：在库仑定律中，当r→0时，两个电荷间的作用力F→∞，这种说法正确吗？
9.0×109 N
大
这是没有物理意义的。因为这时的两个带电体已不能看作点电荷，不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力。
【例题1】已知氢核的质量是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5.3×10-11m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力。
1. 库仑力和万有引力虽然形式上非常类似，但性质不同，数量级也不同。在分析微观粒子的相互作用力时可忽略万有引力。
2.如果存在两个以上的点电荷怎样求静电力？
库仑力是矢量，某一点电荷受到的的库仑力等于其他点电荷单独对这个点电荷的库仑力的矢量和。
3. 任一带电体都可看作由许多点电荷组成。只要知道了电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成，就可以求出任意带电体之间的静电力。
静电力计算需注意
FBA
FCA
【例题2】真空中有三个点电荷，固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+2×10-6C，求它们各自所受的库仑力。
q1
q3
q2
F1
F2
F
解：三个点电荷的受力情况都相同，以q3为例
q3受到大小相同的库仑力F1和F2
方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外
课堂小结
1.影响电荷间相互作用力的因素：电荷量、距离
2.库仑定律的内容和表达式及适用条件
真空中两个静止点电荷之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
3.表达式：
4.点电荷理想模型的建立
【课堂检测1】如图所示，光滑绝缘的水平面上的P点固定一个带正电的点电荷，在它的右侧N点由静止开始释放一个也带正电的小球(可视为质点)，以向右为正方向，下列选项中能反映小球运动速度随时间变化规律的是 (　　)
B
【课堂检测2】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？
C
C
B
+Q
A
-Q
r
B
A
r
所以：
解析
【课堂检测3】光滑绝缘的水平面上有相距为L的点电荷A、B，带电量为－4Q和+Q，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷处于平衡状态，则C的电量和放置的位置是
解：
-4Q
+Q
FA
FB
FA>FB
FB
FA
FA
FB
FA=FB
题目要求点电荷都处于平衡状态，
现在我们先让第三个电荷平衡，C电荷只能放在+Q 的右侧
由库仑定律得：
解得：q=4Q 带负电