新教材高中物理必修3 第9章静电场及其应用第2节库仑定律课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
库仑定律
实验：纷飞
请同学们思考这一现象形成的原因？
视频1 纸片实验
视频2 气球实验
1.作用点
（1）以气球问题为例，气球所受静电力的作用点的位置在哪儿？
困难
困难：（1）气球有一定的大小和形状，各部分都要受到静电力的作用；（2）气球上的电荷分布情况不清楚。
1.作用点
（2）在什么条件下能把气球简化成一个带电的点，从而忽略形状和体积对研究问题的影响？
（3）类比质点，小物体是否一定能看成点电荷？大的物体是否一定不能看成点电荷？
2.方向
（1）猜想：B点电荷（金属小圆筒）所受静电斥力的方向朝哪儿？
依据？
视频3
2.方向
（2）从理论的角度看，如果两个点电荷之间的静电力不在两球连线上（如图所示）。这违背了什么原理？
结论：
+
+
F
F
F
+
+
F
+
-
F
F
猜想：点电荷B （金属小圆筒）所受静电力的大小可能与哪些因素有关呢？
3.大小
这样猜想，有没有什么事实依据？
r
Q
q
……
3.1器材介绍
3.1设计思路
（2）实验方法：
由于F可能受多个因素的影响，在具体的实验中应选择什么研究方法？具体的操作过程是怎样？
（1）实验目的：
探究B所受的静电力F与Q、q、r的具体关系。
控制变量
3.1设计思路
（3）数据获取
①就这套器材而言，实验中你们将如何判断B所受静电力F的大小？
②如果小球B与大球A的球心在一直线上，设偏角为α，小球质量为m，请对小球受力分析并计算F？
m
α
F/mg=tanａ
F=mg tanａ
F
mg
T
3.1设计思路
（3）数据获取
③保持Q、q不变，探究同种电荷间的F与r的关系时，如何确定r？在满足②式的基础上，在调节r时应注意什么条件？
⑤限于条件，实验室没有专门的仪器能够准确测量物体的带电量，那又如何知道改变前（Q1）、后（Q2）的电量的具体数量关系呢？
④保持r、q不变，探究同种电荷间的F与Q的关系时，如何实现Q的增加或减少？
m
α
F/mg=tanａ
F=mg tanａ
3.2定性体验
实验的初步结论？
视频4 定性体验
3.3追寻历史的脚印
（1）如何确定两带电体间的距离r？
（2）实验中是如何精确测量F的？
（3）在库仑那个年代电量连单位还没有，库仑在确定Q变化前后的具体关系时采用的也是半分法，他认为“把一个带电金属球与另一个不带电的完全相同的金属球接触，前者的电荷量就会分给后者一半”，这一观点的实验依据是什么？
史料：库仑定律的发现
理论阶段：
在库仑之前人们便开始寻求电力遵循的规律。富兰克林把发现的一些静电现象告诉了氧气的发明者普利斯特利。普利斯特利发现富兰克林观察到的现象与牛顿的万有引力的一些现象很类似。于是他类比地认为电力与万有引力一样也应该具有与距离平方成反比的特性。至此电力规律仍处于理论思考阶段，而实验证实是由法国工程学天才库仑完成的。
3.3追寻历史的脚印
实验验证：
库仑在对悬丝的研究中发现：“悬丝的扭力”与“悬丝的扭转的角度”成正比。从而给物理学家提供一种精确测量极小的力的方法。
实验验证：
库仑扭秤的结构：
（1）如图所示，它由玻璃圆筒和上面的玻璃圆盖构成，玻璃圆筒上刻有360刻度，借助这个刻度可以读出两个小球的距离。
（2）圆盖上有两个孔：一个孔在一侧，一个孔在中央。中央孔处装有一个竖直玻璃管，管的上端装有测定扭转角大小的测微计,并悬挂一根银丝。
库仑扭秤的结构：（3）银丝下端挂一横杆，横杆的一端为带电小球A，另一端为平衡物B.另一个小孔m，用绝缘棒悬挂另一个带电球C。
研究F与R的关系：（1）让实验前做好调零的准备工作；（2）让A和C带上同种电荷，A和C之间的静电斥力使AB棒旋转一个角度；（3）旋转秤头M，使AB棒回到原来的位置；（4）读出秤头刻度的读数变化，获得银丝的扭角，依据“扭力”与“扭角”关系，得到A、C间的作用力大小。（5）保持电荷量不变，改变A、C间的距离，重复实验。
下表为库仑实验中的三次数据。
观察数据，寻找规律。
研究F与Q的关系：
在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体的带电量，甚至连电荷量的单位都没有。库仑发现，两个相同的带电小球接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等，所以他断定这两个小球所带的电荷量相等。如果把一个带电金属球与另一个不带电的完全相同的金属球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。库仑就用这种方法，把带电球的电荷量q分为
q/2，q/4，q/8……
然后在保持距离不变的前提下，改变q，研究F与q的关系。
3.3追寻历史的脚印
（1）如何确定两带电体间的距离r？
（2）实验中是如何精确测量F的？
（3）在库仑那个年代电量连单位还没有，库仑在确定Q变化前后的具体关系时采用的也是半分法，他认为“把一个带电金属球与另一个不带电的完全相同的金属球接触，前者的电荷量就会分给后者一半”，这一观点的实验依据是什么？
3.3追寻历史的脚印
异种电荷间的作用力：扭摆
4.库仑定律
1、内容：真空中两个静止的点电荷之间的作用力（斥力或引力）与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。
其中：k叫静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2
库仑力或静电力
历史意义：它的建立使电磁学进入了定量研究，从而使电磁学真正成为一门科学。
小结：微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
1.适用条件？
真空；静止的点电荷
2.在讨论两个带电体间的作用力时，我们并没有分析两个带电体间的万有引力，是有意为之？还是遗忘了呢？（阅读书本例1）
5.尝试与理解
？
？
课堂总结
问题1：从知识的角度看，你学习到了哪些知识？
主要研究了静电力的三要素
问题2：从研究方法的角度看，你体悟了哪些科学方法？
模型构建；定性研究，定量研究，科学论证------
尝试
不在同一直线上（电量均为q）
+
+
+
q1
q2
q3
F1
F2
F