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

(共25张PPT)
第一章 静电场的描述
第2节 库仑定律
01 点电荷
带电体有时可
以看做点电荷
物体有时可
以看作质点
就像
1.带电体本身的大小比它到其他带电体的距离小得多，那么在研究它与其他带电体间的相互作用时，可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况，把它抽象成一个点，这带电的几何点称为点电荷。
2.理想化的模型，实际上是不存在的。
3.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。
两个带电体之间存在相互作用力，这种相互作用力的大小与哪些因素有关呢？
如图所示，用摩擦起电的方法分别让球形导体 A 和通草球 B 带同种电荷，并使球形导体A 与通草球 B处在同一水平面上.
（1）不断给A增加电量，观察摆线偏角的变化.
（2）保持A和 B上的电量不变，改变A与B之间的水平
距离，观察摆线偏角的变化.
02 影响静电力的因素
（1）当球形导体A电量增加时，摆线偏角增大，说明静电力随带电体电量增加而增大；
（2）当球形导体A和通草球B的电量不变，改变A和B之间的水平距离，发现距离越近，摆线偏角越大，说明静电力越大.
实验现象
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）距离保持不变，电荷量增大，作用力F增大。
（2）电荷量保持不变，距离增大，作用力减小。
定性探究
03 库仑定律
库 仑
库仑：定量研究实验——扭秤实验（P12）
【观察与思考】如图所示，在干燥的环境中，高精度电子秤上有两块金属圆片A、B固定在两个轻质绝缘支架上，下支架放在电子秤检测台面上，上支架等距贴上红色纸圈，再穿过固定支架的小孔。
（1）下支架放在电子秤检测台面上，将电子秤的示数归零。
（2）将A、B两块金属圆片正对距离调为d，然后用起电机让两块金属圆片带上相同的电量（设为q），通过读出电子秤的示数经过单位换算便可得到B对A的静电力的大小。
借助电子秤探究库仑力
实验一：保持电量不变，把A、B两块金属圆片的距离定量增大，通过读取电子秤示数，经过单位换算便可得到B对A的静电力的大小；
探究变量 距离
结论：在保持两个带电体的电量不变时，
实验二：保持A、B两块金属圆片的距离为d，逐次用另一相同且不带电的金属圆片C与A接触，使A的电量依次减半，通过读取电子秤的示数，经过单位换算便可得到B每次对A的静电力的大小；
静电力 电量
结论：在保持两个带电体之间的距离不变时，
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。
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。
【讨论与交流】 相隔一定距离的两个带电金属球，因体积偏大而不能被视为点电荷，如果用两个金属球的球心间距离来计算库仑力，计算结果比真实值偏大、偏小还是相等？为什么？
若带同种电荷时，如图甲所示，由于排斥而距离变大，此时；若带异种电荷时，如图乙所示，由于吸引而距离变小，此时.
04 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：氢原子由一个质子和一个电子组成，根据经典模型，电子绕核做圆周运动，轨道半径r =5.3 ×10-11 m.已知质子的质量mp= 1.67 × 10-27 kg，电子的质量me=9.11 × 10-31 kg，万有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
（1）求电子受到质子的静电力和万有引力的大小.
解：（1）由库仑定律，得两粒子间的静电力的大小为
由万有引力定律，得两粒子间的万有引力的大小为
（2）库仑定律和万有引力定律的表达式有哪些相似之处？
例题：氢原子由一个质子和一个电子组成，根据经典模型，电子绕核做圆周运动，轨道半径r =5.3 ×10-11 m.已知质子的质量mp= 1.67 × 10-27 kg，电子的质量me=9.11 × 10-31 kg，万有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
静电力和万有引力的计算公式在形式上具有高度相似性.
它们都适用于可以视为“点”的物体，即质点或点电荷；
它们都包含一个常量：静电力常量k或万有引力常量G；
都包含两个物质的参量：电量或质量；都表现为与距离的二次方成反比关系；
计算结果单位都一致等.
（3）在研究微观物质的相互作用力时，在库仑定律和万有引力定律中，哪一种力可以被忽略呢？请说明理由.
例题：氢原子由一个质子和一个电子组成，根据经典模型，电子绕核做圆周运动，轨道半径r =5.3 ×10-11 m.已知质子的质量mp= 1.67 × 10-27 kg，电子的质量me=9.11 × 10-31 kg，万有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
由（1）的计算结果，可得静电力与万有引力的大小之比为
根据计算结果，可知氢原子中电子与质子的静电力远远大于万有引力.因此，在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力通常可以忽略.
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
库仑定律与万有引力定律
2.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，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。
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