物理人教版（2019）必修第三册9.2库仑定律（共31张ppt）

(共31张PPT)
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
9.2 库仑定律
第九章 静电场及其应用
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。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？
问题导入
电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？最终解决这一问题的是法国科学家库仑。
（1）带电体C与小球间的作用力会随距离的减小而增大；
（2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小；
一、问题探究
实验现象
库仑定律
01
1.库仑定律：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.使用条件：
静止的点电荷
3.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一个带电的点，叫作点电荷。
（1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上是不存在的
（2）均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作点电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。
（1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型 ；
（2）电子的带电量等于元电荷，研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。
点电荷与元电荷
库仑是通过什么样的实验方法找到电荷间作用力的关系的呢？
库仑的实验
02
法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。
B球的作用是使A球
在水平面内平衡
平衡小球B
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
实验装置
控制变量法
探究F与r的关系：
(1)把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小。
(2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系。
实验原理
探究F与q的关系：
改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系
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？
实验方法
A
C
Q
A
电量均分
A
C
Q
A
D
2
Q
条件：
大小、形状、材料完全相同的小球
结论：
1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝
2.当之间距离不变时,F与 的乘积成正比 F∝
电量分配
实验演示
比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
（1）适用条件：
①真空中
②静止的
③点电荷
实验结论
（2）相互作用力的方向 ：在它们的连线上（如图）。
+
+
q1
q2
r
—
—
F斥
F斥
F斥
F斥
+
—
F引
F引
（3）注意：
①计算时只代电荷量的绝对值；
②需通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力的方向。
实验结论
同种电荷电荷分布在金属球外侧
异种电荷电荷分布在金属球内侧
思考：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况
+Q
+Q
L=4r
+
+
+
+
+
+
+Q
-Q
L=4r
-
-
-
+
+
+
拓展思考
物体间静电力大吗
？
静电力计算
03
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 9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距 1 m 的两个物体都带 1 C 的电荷量。
通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。
静电力大小
1.库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。
2.对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。
3.库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。
4.库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
静电力的理解
万有引力定律 库仑定律
不同点 只有引力 既有引力又有斥力
天体间表现明显 微观带电粒子间表现明显
都是场力 万有引力场 电场
公式
条件 两质点之间 两点电荷之间
1. 库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。
2. 库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。
静电力与万有引力对比
电荷
库仑定律
理想 模型
点电荷
表达式
k为静电力常量
大小
方向判断
扭秤实验
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。
内容
真空中、静止的、点电荷
条件
课堂总结
典例分析
04
1．“求索”兴趣小组用如图所示的装置探究影响电荷之间相互作用力的因素。
（1）实验现象：
①小球悬挂于同一点时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度____________。（填“越大”或“越小”）
②小球带电荷量一定时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度____________。（填“越大”或“越小”）
（2）实验结论：两电荷之间的作用力随着电荷量的增大而____________，随着距离的____________而减小。（均填“增大”或“减小”）
越大
越小
增大
增大
2.下列关于点电荷的说法中正确的是( ）
A.只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷
B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷
C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时,可将这两个带电体看成点电荷
D.一切带电体都可以看成点电荷
C
3.对于库仑定律,下列说法正确的是(　 　)
A.凡计算两个点电荷间的作用力,都可以使用公式
B.对于距离非常近的两个带电小球,库仑定律仍然适用
C.两个带电体之间的距离r趋于0时,它们之间的库仑力趋于无穷大
D.两个点电荷的电荷量各减为原来的一半,它们之间的距离保持不变,则它们之间的库仑力减为原来的1/4
D
4．如图所示，质量相等可视为点电荷的A、B、C三个带电绝缘小球，其中A带正电并固定在绝缘竖直弹簧下端，当A、B、C三个小球的球心距离为L时，B、C小球带电荷量相等并悬在空中处于静止状态，下列说法正确的是（　　）
A．弹簧弹力大于三个小球的总重力
B．小球A受三个作用力
C．小球A带的电荷量是小球B带电荷量的2倍
D．剪断弹簧后三个小球一起做自由落体运动
【点睛】本题以弹簧和带电小球为背景，考查受力分析及力的突变问题，考查考生的科学思维。
C
5．在绝缘光滑水平桌面上，有两个带电小球A和B。t=0时刻，小球A静止，小球B以一定的初速度向A运动，两小球的v-t图像如图所示，且A、B未相碰。则（　　）
A．两小球带异种电荷
B．两小球组成的系统动量守恒
C．两小球组成的系统机械能守恒
D．A球质量大于B球
BD
A．由图像可知B球先做减速运动，A球做加速运动，两球间表现为斥力，可知两球带同种电荷，故A错误；
B．把两小球看成一个系统，合外力为零，所以系统动量守恒，故B正确；
C．两球运动过程中，动能和电势能之和守恒，电场力做的合功不为零，所以两球的机械能不守恒，故C错误；
D．v-t图像的斜率表示加速度，同一时刻，B的加速度大于A的加速度，根据受力分析可知A、B受到的合外力为A、B间的库仑力，大小相等，根据
F=ma
可知加速度与质量成反比，所以A球质量大于B球，故D正确。
故选BD。
检 测
06
1．真空中有甲、乙两个点电荷相距为r，它们间的静电斥力为F。若甲的电荷量变为原来的2倍，乙的电荷量保持不变，它们间的距离变为2r，则它们之间的静电斥力将变为（　　）
A．F/2 B．F/4 C．F D．2F
A
2．两个完全相同的金属小球（可视为点电荷）分别带有＋6Q和－2Q的电荷量，当相距R时，它们之间的库仑力为F，若把它们充分接触后分开，当相距2R时，它们之间的库仑力是（　　）
A．F/12，斥力 B．F/32，斥力 C．F/4，引力 D．F/16，引力
A
3．在绝缘光滑水平桌面上，有两个带电小球A和B。t=0时刻，小球A静止，小球B以一定的初速度向A运动，两小球的v-t图像如图所示，且A、B未相碰。则（　　）
A．两小球带异种电荷
B．两小球组成的系统动量守恒
C．两小球组成的系统机械能守恒
D．A球质量大于B球
BD
A．由图像可知B球先做减速运动，A球做加速运动，两球间表现为斥力，可知两球带同种电荷，故A错误；
B．把两小球看成一个系统，合外力为零，所以系统动量守恒，故B正确；
C．两球运动过程中，动能和电势能之和守恒，电场力做的合功不为零，所以两球的机械能不守恒，故C错误；
D．v-t图像的斜率表示加速度，同一时刻，B的加速度大于A的加速度，根据受力分析可知A、B受到的合外力为A、B间的库仑力，大小相等，根据F=ma可知加速度与质量成反比，所以A球质量大于B球，故D正确。