（人教版2019必修第三册）高中物理同步备课 9.2库仑定律(课件)(共51张PPT)

(共51张PPT)
第九章 静电场及其应用
9.2 库仑定律
人教版（2019）
授课人：XXX
高中物理同步备课必修第三册
目录
contents
库仑定律
01
02
点电荷
03
库仑的实验
04
静电力的计算
导入新课
想一想：
1、视频：小孩被静电打飞了
2、毛皮摩擦过的橡胶棒能把人电飞吗？
导入新课
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？
（3）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
（2）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？
想一想
（1）这个力的大小通过什么可以比较出来？用什么实验方法进行研究？
实验演示
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；
实验现象
库仑定律
01
早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律。
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。
定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律。
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。
电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。
那么，什么是点电荷呢？
点电荷
02
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。
(带电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体的大小,形状,电荷分布,对库仑力没有影响)
（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。
点电荷与元电荷区别
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
03
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
01
实验原理
02
——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。
实验方法
03
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
03
A
C
Q
A
电量均分
A
C
Q
A
D
2
Q
条件：
大小、形状、材料等完全相同的小球
结论：
1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝

电量分配
04
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
05
库仑定律的表达式
（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利用库伦定律表达式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
05
库仑扭秤
1、下面两个靠近的带电球体，是否可以看出是集中在球心位置的点电荷？
（2）如果是两个球形带电导体
（1）如果是两个电荷分布均匀的带电球体
可以(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。)
不可以
想一想

不是，公式不适用了。
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
06
物体间静电力大吗？
★★两个导体球，球心之间的距离为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图所示，两球带同种电荷时F< ，两球带异种电荷时，F > 。
总 结
库仑定律的再讨论
两球接触后分开库仑力的计算
静电力的计算
04
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
01
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
02
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
03
相同点：
①都与距离的平方成反比。
②都有一个常数。
【例题】已知氢核（质子）质量为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5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
【解析】库仑力大小:
万有引力大小:
静电力与万有引力
03
【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，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。
q1
q2
q3
＋
＋
＋
静电力的计算
04
实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此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电荷的作用力的矢量和。
【解析】q3 共受 F1 和 F2 两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间的距离 r 都相同 , 所以
根据平行四边形定则，合力是:
合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。
静电力的计算
04
②任何两个电荷之间的库仑力不因其他电荷存在而受影响
③任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力
④几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则
①任意两个电荷间都存在一对库仑力，且满足库仑定律
应用多个电荷的库仑定律时，应注意：
【例题】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？若再使A、B间距离增大为原来的2倍，则它们间静电力又为多大？
C
C
A
B
B
+Q
A
-Q
r
B
A
r
2r
所以：
解析
q1
q2
q3
？
三个点电荷的平衡问题
05
（1）电荷q1、q3带同种电荷， 两电荷之间的距离为r，先引入电荷q2，使其处于静止状态。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量 。
q1
q2
q3
结论：这表明点电荷q2处于静止状态与其电性、电荷量的多少无关，只与其放置的位置有关，且应放置在靠近带电量小的点电荷的内侧，
由q2平衡条件可知，它应放在q1、q3之间的连线上
同内，近小
两个固定的点电荷间引入第三个点电荷，第三个点电荷处于静止状态。
【情形一】
（2）电荷q1、q3带异种电荷， 两电荷之间的距离为r，先引入电荷q2，使其处于静止状态。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量 。
q1
q2
q3
q2
结论：这表明点电荷q2处于静止状态与其电性、电荷量的多少无关，只与其放置的位置有关，且应放置在靠近带电量小的点电荷的外侧。
由q2平衡条件可知，它应放在q1、q3连线的延长线上
异外，近小
情形之一：两个固定的点电荷间引入第三个点电荷，使第三个点电荷处于静止状态。
【结论】
同内，异外，近小
对第三个点电荷的电性电荷量没要求
“同内”就是第三个点电荷应放在两个同种电荷的连线间；“异外”是指第三个点电荷应放在两个异种电荷连线的延长线上；“近小”是指第三个点电荷应靠近电荷量小的点电荷。
！
两个点电荷间引入第三个点电荷，使三个点电荷均处于静止状态。
（1）电荷q1、q3带同种电荷， 两电荷之间的距离为r，先引入电荷q2，正好能使这3个点电荷都处于静止状态 。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量 。
q1
q2
q3
结论：这表明点电荷q2处于静止状态与其电性、电荷量的多少、放置的位置均有关，且应放置在靠近带电量小的点电荷的内侧。
平衡条件可知，它应放在A、B间的连线上
同内，近小,两同夹一异
【情形二】
（2）电荷q1、q3带异种电荷， 两电荷之间的距离为r，先引入电荷q2，使其处于静止状态。试确定电荷q2的位置、电性和它的电荷量 。
q1
q2
q3
q2
它应放在A、B连线的延长线上
异外，近小,两同夹一异
结论：这表明点电荷q2处于静止状态与其电性、电荷量的多少、放置的位置均有关，且应放置在靠近带电量小的点电荷的外侧。
电量关系：
对q1：
对q3：
=
k
q1q2
r12
k
q1q3
r2
q1
q2
q3
r1
r2
r
=
k
q1
r2
q3
k
q2
r22
q3
r1
r
=
①
r2
r
=
②
（q2（q2两大夹小！
q1
q2
q3
r
1
r
2
r
r
1
r
2
=
r
1
r
=
①
r
r
=
2
②
②
①
得：
÷
近小远大
③
＋
①
②
得：
1
=
＋
=
＋
（电量关系）
【总结】三个自由点电荷的平衡规律
定性:
三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大
q1
q2
q3
r
1
r
2
r
定量：
=
＋
r
1
r
=
r
r
=
2
r
1
r
2
=
【例题】光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，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L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
-4Q
+Q
FA
FB
FA>FB
FB
FA
FA
FB
FA=FB
题目要求使三个点电荷都处于平衡状态，现在我们先让第三个电荷平衡，看看应将它放在哪里？
【例题】光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，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L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
-4Q
+Q
FA
FA
FB
FB
FA>FB
FB
FA
FA=FB


解得：q=4Q 带负电
C

q1
q3
【例题】如图所示，三个点电荷q1、q2、q3，固定在一直线上，q2与q3距离为q1与q2距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合均为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比q1：q2：q3为（ ）
A.-9:4:(-36) B.9:4:36
C.-3:2:(-6) D.3:2:6
q2
A
感谢您的耐心聆听
I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention.