9.2 库仑定律--高中物理人教版必修三同步课件(共25张PPT)

(共25张PPT)
第九章　静电场及其应用
库仑定律
1
了解库仑定律探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。
2
知道点电荷的概念，明确带电体可以看作点电荷的条件。
3
理解库仑定律的内容、公式及适用条件。
重点
4
理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算。
重点
难点
库仑的实验
观察与思考
1.如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。
(1)改变悬点位置，即改变带电体C与带电小球之间的距离，作用力会如何改变？
答案　电荷之间的作用力随着距离的增大而减小。
(2)在同一位置增大小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？
答案　作用力随着电荷量的增大而增大。
(3)电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
答案　电荷之间作用力的大小与电荷量和电荷间的距离有关。
2.如图所示的实验装置为库仑扭秤。细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A。另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力相等，使绝缘棒平衡，当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小，便可找到力F与距离r和电荷量q的关系。这一实验中用到了下列哪些方法？
答案　微小量放大法和控制变量法。
[梳理与总结]
1.库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的角度比较静电力F大小的。实验结果发现静电力F与距离r的二次方成反比。
2.库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个完全相同的金属小球，一个带电，一个不带电，互相接触后，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比。
库仑定律
观察与思考
1.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，这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。
(2)表达式：F＝_____，其中r指的是两点电荷间的距离；k＝9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量。
(3)适用条件：a.在真空中；b.静止点电荷。
2.点电荷
(1)定义：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。
(2)带电体看成点电荷的条件：带电体本身的大小远小于它们之间的距离。
(3)点电荷是一个理想化模型，与力学中的质点类似。
思考与讨论
1.当两个电荷之间的距离r→0时，能否根据F＝ 推出两电荷之间的库仑力F→∞？
答案　不能，当r→0时电荷不能看成点电荷了。
2.两个半径为r的金属球，球心间距离为3r，现使两球带上等量同种电荷q，它们之间的库仑力F＝ ，对吗？若使两球带上等量异种电荷，库仑力为F＝ ，对吗？
答案　两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时必须考虑电荷在球上的实际分布。若带同种电荷时，如图(a)，由于排斥，电荷分布于最远的两侧，电荷中心距离大于3r，此时F< ；若带异种电荷时，如图(b)，由于吸引，电荷分布于最近的两侧，电荷中心距离小于3r，此时F> 。
辨析
(1)两电荷的电荷量越大，它们间的静电力就越大。(　　)
(2)只要是体积很小的带电体就能看作点电荷。(　　)
(3)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。(　　)
(4)只要是均匀的球形带电体，不管球的大小如何，都能看作点电荷。
(　　)
×
×
×
×
导练
1.(2023·河南周口高二开学考试)如图所示，点电荷甲固定在正方形的O点，将另一点电荷乙从正方形的a点移动到b点，点电荷乙在a、b两点所受的静电力大小之比是
A.1∶1 B.2∶1
C.1∶2 D.3∶2
√
2.A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，B处点电荷所受的静电力为F；移去A处点电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，则B处点电荷所受的静电力为
√
且不管B处点电荷是正电荷还是负电荷，两种情况下，B处点电荷受到的静电力的方向都与F相同，故B正确。
3.如图所示，一半径为R的绝缘球壳上均匀带有－Q的电荷，另一电荷量为＋q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零。现在球壳上挖去半径为r(r R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受的力的大小和方向分别是怎样的？
答案　见解析
静电力计算
观察与思考
1.微观带电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，可以把万有引力忽略。
2.两点电荷间的库仑力与周围是否存在其他电荷无关(填“有关”或“无关”)。
3.两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。这个结论叫作静电力叠加原理。
4.任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向。
导练
4.如图所示，分别在A、B两点放置电荷量分别为Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C的点电荷。在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m。如果有一电子静止放在C点处，静电力常量k＝9.0×
109 N·m2/C2，则它所受的静电力的大小为________ N，方向__________
________。
8×10－21
平行于AB
连线向左
＝8.0×10－21 N
同理可得FB＝8.0×10－21 N
由平行四边形定则和几何知识得，静止放在C点的电子受到的静电力大小为F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线向左。
5.如图所示，在边长为a的正方形的每个顶点都放置一个电荷量为q的同种点电荷。如果保持它们的位置不变，每个点电荷受到其他三个点电荷的静电力的合力是多少？(静电力常量为k)