1.2 库仑定律 (共27张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共27张PPT)
第一章 静电场的描述
第2节 库仑定律
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？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
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？
库仑
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。
知识点一：点电荷
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
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？
猜想：电荷间的相互作用力可能跟电荷量、距离、大小、形状、材料有关
知识点二：影响静电力的因素
通过本实验可以看到，电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。
电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？
实验探究——定量探究（库仑扭秤）
遇到困难
距离不易测量
没有量度电荷量的单位
微小力不易测量
请思考一下，看看你有没有好的方法来解决这些困难？
知识点三：库仑定律
【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。
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，
4.方向：利用电荷之间“同性相斥，异性相吸”的特点判断
1.内容：在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与它们的电量q1、q2 的乘积成正比，与它们之间距离r 的二次方成反比。作用力的方向在它们的连线上。
2.表达式：
3.静电力常量： N·m2/C2
知识点三：库仑定律
（1）适用条件：适用于计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力。如果两电荷间的距离趋于零，则电荷不能视为点电荷，因此不能根据库仑定律得到库仑力无穷大的结论。
（2）点电荷的电性有正负之分，但在计算静电力的大小时，可用所带电量的绝对值进行计算。静电力的方向在两点电荷的连线上，再根据电荷的电性来判断是吸引力还是斥力。
（3）当一个点电荷受到多个点电荷的作用时，可以根据力的独立作用原理并通过力的合成求出合力。
【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.
知识点四：静电力的计算
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：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
（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。
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
①“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上。
②“两同夹异”——正负电荷相互间隔。
③“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小。
④“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
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.（多选）库仑定律的适用范围是（ ）
A．真空中两个带电球体间的相互作用
B．真空中任意带电体间的相互作用
C．真空中两个静止点电荷间的相互作用
D．真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带电体间的相互作用
CD
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
4.真空中有甲、乙两个点电荷,电荷量均为+q(已知静电力常量为k),固定在相距L的A、B两点。
(1)求它们之间的库仑力的大小。
(2)若在A、B连线之间距A点L的C点,放入第三个点电荷丙,其电荷量为-2q,求丙所受到静电力的大小和方向。
答案：（1） （2） 方向由C指向A
1.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
2.影响静电力的因素
3.库仑定律：F=，k = 9.0×109N·m2/C2
适用范围：真空中、静止的点电荷
4.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