9.2 库仑定律 课件 (共28张PPT) 高一物理人教版（2019）必修第三册

(共28张PPT)
第2节 库伦定律
第九章 静电场及其应用
电荷之间存在“同性相斥，异性相吸”，那么电荷之间相互作用力会遵循什么样规律呢？
1.知道库仑定律的内容及适用条件。
2.了解库仑扭秤实验。
3.知道点电荷的概念，知道带电体看成点电荷的条件。
4.理解库仑定律的表达式，并会计算点电荷间的静电力。
知识点一：电荷之间的作用力
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 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 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关
定性研究
实验探究方法
控制变量法
研究：
（1）距离r不变，改变电荷量
（2）电荷量q不变，改变距离
q1
q2
+
P1
C
+
P2
P3
演示实验1
研究：
（1）距离r不变，改变电荷量
结论：
距离r保持不变，电荷量q增大，F增大。
演示实验2
研究：
（2）电荷量q不变，改变距离
结论：
电荷量q保持不变，距离r增大，F减小。
猜想：电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？
带电物体之间的相互作用力，会不会与他们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？
定量研究：库仑的实验
①微力难于测量
＋
－
＋
F
F
q1
q2
r
F非常微弱
库伦扭秤的结构：
带电小球A与后来的球C，产生库伦力
不带电小球B、用来来平衡小球A重力
——小量放大
细银丝的下端悬挂一根绝缘棒
悬丝扭转的角度
比较力的大小
改变A和C之间的距离r
记录每次悬丝扭转的角度
力F与距离r的关系
库仑的实验
当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时
A与C之间的作用力使悬丝扭转
棒的一端是一个带电的小球A
另一端是一个不带电的球B
B与A所受的重力平衡
C
细银丝
平面镜
平衡小球B
带电小球C
带电小球A
使A球在水平
面内平衡
F∝
视频：扭秤实验
②电量无法测量
+q
+3q
猜想：
接触
+2q
+2q
均分
验证：
+
F
+2q
电量均分
它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等，因此，可以断定这两个小球接触后所带的电荷量相等。
——电荷均分
F∝q1q2
1.库仑定律
真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟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）适用范围:
① 真空中
② 静止的点电荷
库仑
（1）内容：
电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
（2）表达式：
F∝
F=
比例系数 k 叫做静电力常量，
国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
对库仑定律的理解：
1.两个带电体间的库仑力是一对作用力和反作用力。
不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷的作用力大。
2.代入公式计算时，一般将电荷量的绝对值代入。
然后根据“同种电荷相斥、异种电荷相吸”来判断力的方向。
3.两个均匀带电绝缘球体，可视为电荷集中在球心的点电荷，为两球心间距离。
对于两个带电金属球，要考虑静电力会使金属球表面的电荷重新分布。
思考：
在两带电体之间距离接近0时，能根据库仑定律得到静电力无穷大的结论吗？
不正确。
因为当两个点电荷距离为0时，两个电荷不能被看做是点电荷。也就是说，距离很小很小，或者距离为0时，它们的自身的大小是不能忽略不计的，即库仑定律不再适用于此情况。
2.点电荷：
当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小、分布对它们之间的作用力可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的电，叫做点电荷
（1）性质：
（2）条件：
类似于力学的质点，也是一种理想化模型。
形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计。
注意：一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其形状和大小确定。
思考：
两个靠近的带电球体，是否可以看做是集中在球心位置的点电荷？
+Q
+Q
L=4r
+
+
+
+
+
+
+Q
-Q
L=4r
-
-
-
+
+
+
因为电荷间的作用力，电荷并不能均匀的分布在球体上，所以不可以。
同种电荷
异种电荷
跟踪导练
1.关于点电荷的下列说法中正确的是：( )
A .真正的点电荷是不存在的．
B .点电荷是一种理想模型．
C .足够小的电荷就是点电荷．
D .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计
ABD
2.两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置，当他们都带1.5×10 5 C的正电时，相互作用力为F1 ，当它们分别带+1.5×10 5 C和 1.5×10 5 C的电量时，相互作用力为F2 , 则（ ）
A．F1 = F2
B．F1 ＜F2
C．F1 ＞ F2
D．无法判断
B
知识点二：静电力计算
1C
1C
1m
代入数据：
库仑是一个非常大的电荷量单位
100万吨
mg
只有百万分之一库伦
可达几百库仑
1.库仑定律与万有引力的对比
【例题1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。
分析 氢原子核与质子所带的电荷量相同，是1.6×10-19C。电子带负电，所带的电荷量也是1.6×10-19C。质子质量为1.67×10-27kg，电子质量为9.1×10-31kg。根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。
解：根据库仑定律，它们之间的静电力
F库==9.0×109×N=8.2×10-8N
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
F引=G=6.7×10-11×N=3.6×10-47N
=2.3×1039
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039倍。
微观粒子间的万有引力远小于库伦力。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.静电力的叠加
①库仑定律描述的是两个点电荷之间的作用力。如果存在两个以上点电荷，那么要对这个点电荷的作用力进行的矢量求和。
【例题2】真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10─6 C , 求它们所受的库仑力。
F1
F2
F3
q1
q2
q3
+
+
+
分析 根据题意作图（如右图）。每个点电荷受到其他两个点电荷的斥力，因此，只要求出一个点电荷（例如q3）所受的力即可。
解：根据库仑定律，点电荷q3共受到F1和F2两个力的作用。其中
q1 = q2 = q3 = q
每两个点电荷之间的距离r都相同，所以
F1 = F2 ===0.144N
根据平行四边形定则可得
F=2 F1 cos30°=0.25N
点电荷q3所受的合力F的方向为q1与q2连线的垂直平分线向外。
每个点电荷所受的静电力的大小相等，竖直为0.25N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。
②三个自由点电荷的平衡问题
对其中一个电荷受力分析可知，若不共线，则无法保持平衡。
三个带电体在一条直线上，都在静电力作用下处于平衡状态，它们遵循的规律是：中间的电荷与两边的电荷电性相反，两边电荷电性相同，中间电荷量最小，即“两同夹一异，两大夹一小。”
【例题3】光滑绝缘水平面上相距为L的点电荷A，B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是（ ）
A. －q，在A左侧距A为L处
B. －2q，在A左侧距A为处
C. ＋4q，在B右侧距B为L处
D. ＋2q，在B右侧距B为处
C
③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，根据库伦定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力。
【例题4】如图所示用三根长度相同的绝缘细线将三个带电小球连接后悬挂在空中。三个带电小球质量相等，A球带负电，平衡时三根绝缘细线都是直的，但拉力都为零。则（ ）
A. B球和C球都带负电
B. B球带负电荷，C球带正电荷
C. B球和C球所带电量不一定相等
D. B球和C球所带电量一定相等
【解析】
AB选项，B球受重力及A、C对B球的库仑力而处于平衡状态，则A与C球对B球的库仑力的合力应与重力大小相等，方向相反；库仑力的方向只能沿两电荷的连线方向，说明A对B的库仑力应指向A，C对B的作用力应指向B的左侧。因A带负电，则可知B、C都应带正电，A、B不符合题意；
CD选项，由受力分析图可知，A对B的库仑力应为C对B库仑
力的2倍，C带电量应为A带电量的一半；同理分析C可知，
B带电量也应为A带电量的一半，B、C带电量应相同，C不
符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
一、电荷之间的作用力
1.库仑定律：F=，k = 9.0×109N·m2/C2
适用范围：真空中、静止的点电荷
2.点电荷：形状和大小对所研究的问题的影响可以忽略不计。
理想化模型
二、库伦的实验
1. ①微力难于测量——小量放大
2. ②电量无法测量——电荷均分
三、静电力计算
1.库仑定律与万有引力的对比
2.静电力的叠加