1.2 库仑定律 (共25张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理鲁科版（2019）必修第三册

(共25张PPT)
第一章 静电力与电场强度
第2节 库仑定律
将气球充气后靠近较轻的金属筒，筒静止不动；将气球在头发上摩擦后再靠近筒，筒会滚动起来。气球没有接触筒，为什么筒却滚动起来了？本节将通过建立点电荷理想模型，学习两个点电荷间相互作用的规律。
01 点电荷
气球摩擦后会带电，当其靠近金属筒时，静电感应会使筒的两侧带上异种电荷。气球上的电荷与筒上的电荷相互作用，筒因此滚动起来。电荷间的这种相互作用力称为静电力。
1.静电力
通常，两个带电体之间的相互作用力与带电体的形状、大小、电荷量、电荷分布及二者之间的距离等因素有关。
同时考虑这些因素，会大大增加研究静电力作用规律的难度
类比质点，建立理想模型来进行相关研究
当带电体间的距离比它们自身的大小大的多，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可视为点电荷。
2.点电荷
（1）理想化的模型，实际上是不存在的。
（2）均匀带电的球体,由于球所具有对称性,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。
02 两点电荷间的静电力
电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系
（1）探究电荷间作用力的大小与距离的关系
如图 所示，把两个完全相同、带同种电荷 的小球挂在等长绝缘细线下端，观察细线相对竖直方 向的偏离角度（角度越大，静电力越大）。增大两细 线悬点之间的距离，观察细线偏离角度有什么变化。
细线偏离角度减小
（2）探究电荷间作用力的大小与电荷量的关系
保持绝缘细线悬点位置不变，同时改变两小球
的电荷量（如用带电棒同时接触两球），再观察细 线偏离的角度，可得出什么结论？
同时增加或减少两小球的电荷量时，细线偏离的角度将增大或减小
结论：两小球所带电荷量越大，两电荷间静电力越大
定性探究
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。
定量探究：库仑扭秤实验
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。
电荷之间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力
2.表达式：
国际单位制中，电荷量单位是库伦（C）、力的单位是牛顿（N）距离单位是米（m）k值由实验测定
3.适用条件：①真空 ②静止点电荷
4.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
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。
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
-
-
-
+
+
+
03 静电力的计算
（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。
1.对静电力（库仑力）的理解：
【例题1】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。
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。
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
2.库仑力和万有引力的比较
（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。
3.静电力的叠加
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，固定在一等边三角形的三个顶点，三角形的边长l= 50 cm。已知q1= 3.0×10-6C，q2=-3.0×10-6C，q3=-5.0×10-6C，求q3所受的静电力。
如图所示，q3受到q1的吸引力F1，受到q2的排斥力F2，q3所受静电力F等于这两个力的合力。由于F1、F2 大小相等，其合力F的方向与 q1、q2 的连线平行。
解：因q1与q2所带电荷量大小相等，与q3的距离也相等，有
F= 2 F1 cos 60°
= 2× 0.54 × 0.5 N
= 0.54 N
所以，q3所受静电力的大小为0.54 N，方向与q1、q2 的连线平行并指向右方。
拓展：三个自由点电荷的平衡问题
C
A
B
问题1：三球平衡，C球带正电还是负电？
C
A
B
C
A
B
若C带正电，A、B不能平衡
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
结论1：两同夹异
问题2：A和B、C电荷量的大小关系？
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
C
FBC
FAC
FAB
FCB
B
两侧电荷量大，中间电荷量小
结论2：两大夹小
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
问题3：r1、r2与B、C的电量关系？
FCA
FBA
A
中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个
结论3：近小远大
三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
1.下列关于点电荷的说法正确的是( )
A.只有体积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
2.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
C
3.如图,把一电荷量为Q=-5×10-8 C的小球A用绝缘细绳悬起,若将电荷量为q=+4×10-6 C 的带电小球B靠近A,当两个带电小球在同一高度相距r=30 cm时,绳与竖直方向的夹角α=45°,g取 10 m/s2,k=9.0×109 N·m2/C2,且A、B两小球均可视为点电荷,求:
(1)A、B两球间的静电力的大小;
(2)A球的质量。
【答案】(1)0.02 N　(2)2×10-3 kg
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