(共20张PPT)
第九章 静电场及其应用
第2节 库仑定律
新知导入
【提出问题】 用毛皮摩擦橡胶棒,靠近易拉罐,会发生什么现象?电荷之间相互作用力的大小与什么因素有关呢?
新知讲解
一、定性实验探究
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。
【视频】探究实验。
【提出问题】
问题1.带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢?
【答案】随着距离增大而减小。
问题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?
【答案】作用力会随着电荷量增大而增大,或是电荷量减小而减小。
问题3.电荷之间作用力的大小与哪些因素有关?
【答案】与带电体的电荷量及电荷间的距离有关。
新知讲解
二、定量实验探究
问题1.本实验用到的探究方法是?
【答案】控制变量法。
问题2.在库仑那个年代,还不知道怎样测量物体所带电荷量,甚至连电荷量的单位都没有。那么怎样改变小球所带电荷量?
【答案】利用完全相同导体接触后均分电量来改变电荷量。
问题3.如果两个摆球形状完全相同,电荷量可能如何分配?
【答案】平均分配电荷量。
新知讲解
【视频展示】探究电荷间的库仑力与小球之间距离及小球所带电荷量之间的关系。
新知讲解
三、库仑定律的理解
【提出问题】
问题1.库仑定律的表达式?库仑定律的适用条件?
【答案】 ;真空中的点电荷。
问题2.比例系数k的数值及单位?
【答案】k=9.0×109N·m2/C2
问题3.静电力的方向如何判断?在使用库仑定律进行计算时,电荷量是否需要带入正负号?
【答案】沿着两电荷连线,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引;不需要。
新知讲解
典例探究
【例题1】 在氢原子内,氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。
例题分析 根据题目中给出的数据直接计算静电力和万有引力再进行比较。
例题解答
根据库仑定律,它们之间的静电力
根据万有引力定律,它们之间的万有引力
新知讲解
则
故氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039倍。
典例探究
【变式训练1】某同学发现万有引力和库仑力的表达形式高度相似,于是他做了以下思考,其中正确的是( )
A.这两种力都是吸引力
B.牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许精确地测出了引力常量
C.库仑发现了库仑定律,并精确地测出了元电荷的数值
D.根据公式 可知,当两带电物体的距离趋近于r时,库仑力和万有引力都将趋向无穷大
答案 B
【例题2】真空中有三个带正电的点电荷,它们固定在边长为50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷的电荷量都是2.0×10-6 C,求它们各自所受的静电力。
例题分析 先根据库仑定律求解任意两个点电荷之间的库仑力,然后根据平行四边形定则求解它们各自所受的库仑力的合力。
例题解答 三个点电荷带电荷量均为q,每两个点电荷之间的距离r都相同,所以
根据平行四边形定则可得
点电荷q3所受的合力F的方向沿q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。
典例探究
拓展问题 1:如果保证q1、 q2不动,在q1、 q2连线的中垂线上移动q3并远离q1、 q2 ,则 q3受力大小如何变化?在什么条件下可以将q1、 q2 看成一个电荷量为(q1+q2)的点电荷?
【答案】变小;当q3距离q1、 q2连线无穷远时可以将q1、 q2 看成一个电荷量为(q1+q2)的点电荷
典例探究
【变式训练2】 如图所示,A、B、C是光滑绝缘水平桌面上位于同一圆周且等间距的三点,现在这三点分别放置完全相同的带电量为-q的金属小球,同时在圆心O处放置一个带电量为+Q的小球,已知所有小球均可看作点电荷且均处于静止状态,则Q与q的比值为( )
A. B. C. D.3
答案 B
典例探究
课堂练习
1.关于库仑定律,下列说法正确的是( )
A.库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积最小的带电体
B.根据,当两个带电体间的距离趋近于零时库仑力将趋向无穷大
C.带电荷量分别为 Q和Q的点电荷A、B相互作用时,A受到的静电力是B受到的静电力的3倍
D.库仑定律的适用条件是:在真空中静止的点电荷
答案 D
2.如图所示,用绝缘细线悬挂的两个带电小球A、B(可视为点电荷)处于静止状态,电荷量分别为、,间距为L。则B对A的库仑力为( )
A.,方向由A指向B B.,方向由B指向A
C.,方向由B指向A D.,方向由A指向B
答案A
课堂练习
3.如图所示,真空中两个半径为a的金属球固定在绝缘支架上,两球心之间的距离r=4a,将它们分别带上电荷量为q的异种电荷,静电力常量为k。则关于两球之间库仑力大小的说法,正确的是( )
A.等于 B.等于
C.大于 D.介于和之间
答案 D
课堂练习
4.在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中,一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关。他选用带正电的小球A和B,A球放在可移动的绝缘座上,B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点,如图所示。实验时,先保持两球电荷量不变,使A球从远处逐渐向B球靠近,观察到两球距离越小,B球悬线的偏角越大;再保持两球距离不变,改变小球所带的电荷量,观察到电荷量越大,B球悬线的偏角越大。实验表明:两电荷之间的相互作用力,随其距离的减小而增大,随其所带电荷量的增大而增大。
(1)此同学在探究中应用的科学方法是 (选填“累积法”“等效替代法”“控制变量法”或“演绎法”)。
(2)若A、B带电荷量分别为+Q和﹣3Q,开始相距为r时,它们间库仑力的大小为F,将两小球相互接触后将其距离变为,则两球间库仑力的大小为 。
答案 控制变量法,
课堂练习
5.甲、乙两个带有同种电荷的小球,套在固定的光滑绝缘的圆弧杆上,处于平衡状态,已知甲离最低点较近些,如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.甲球带电量一定大于乙球带电量
B.甲球的荷质比一定大于乙球的荷质比
C.甲球质量一定大于乙球质量
D.甲球质量一定小于乙球质量
答案 C
课堂练习
课堂小结
一、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。
二、库仑定律公式:
谢谢大家