人教版高中物理必修第三册 第九章 静电场及其应用 2 库仑定律课件(共52张PPT)

(共52张PPT)
第九章　静电场及其应用
2.库仑定律
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道点电荷的概念和带电体简化为点电荷的条件.
2.理解库仑定律的内容和公式.
科学思维 1.通过与质点模型类比，体会带电体简化为点电荷的条件.
2.理解静电力的概念，会用库仑定律进行相关计算.
科学态度
与责任 体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法，体会物理学的和谐统一之美，提高学习物理的兴趣.
一、电荷间的作用力　点电荷
教材认知
引入　如图，带正电的带电体C置于铁架台旁.
（1）把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3位置，发现摆线偏角θ减小，此现象说明什么？
提示：（1）对小球受力分析知，静电力F＝mgtan θ，偏角减小，静电力F减小.
（2）在P1位置，增大小球所带电荷量，发现摆线偏角增大，说明什么？
提示：（2）静电力F增大.
（3）通过以上探究总结电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
提示：（3）电荷之间作用力的大小与电荷量和电荷间的距离有关，且静电力随着电荷量的增加而增大，随着距离的增大而减小.
电荷量的乘积　
二次方　
它们的连线上　
静电力　
库仑力　
9.0×109　
在真空中　
静止点电荷之间　
大得多　
形
状　
大小　
电荷分布状况　
点电荷　
远小于　
理想化模型　
×
×
×
A. 两个带电体无论多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷
B. 一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷
C. 一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷
D. 两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理
AD
解析：无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小时，可把带电体看作点电荷，选项A正确，C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体也不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若带异种电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离，选项D正确.
名师点评
对点电荷的两点理解
（1）带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的大小、形状与距离相比能否忽略.
　　（2）同一带电体，在不同问题中有时可以看作点电荷，有时不可以看作点电荷.
A. 库仑定律适用于真空中的点电荷
B. 当半径为r的两带电小球相距为r时，可用库仑定律计算它们间的静电力
C. 在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定律计算
D. 相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们各自所受的库仑力大小一定相等
B
解析：库仑定律适用于真空中的静止的点电荷，A正确；当半径为r的两带电小球相距为r时，此时两小球不能看成点电荷，故不可以用库仑定律计算它们之间的静电力，B错误；在干燥空气中的两个点电荷间的静电力，也可用库仑定律计算，C正确；两点电荷之间的库仑力是作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，它们总是大小相等的，D正确.
D. 无法确定
C
二、库仑的实验
教材认知
【知识梳理】
1. 实验装置：库仑扭秤（如图所示）.
角度　
大小　
完全相同　
3. 实验方法：控制变量法、微小量放大法.
4. 实验步骤
（1）保持A和C的电荷量不变，改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r之间的关系.
（2）保持A和C之间的距离不变，改变A和C的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系.
5. 实验结论
反比　

正比　
q1q2　
A
A. 装置中A、C为带电金属球，B为不带电的平衡小球
B. 在实验过程中一定要使A、B球带同种等量的电荷
C. 库仑通过该实验计算出静电力常量k的值
D. 本实验中必须准确测出每一个带电小球的电荷量
解析：根据库仑扭秤实验可知，A、C为带电金属球，通过C对A的作用力使悬丝扭转，而B为不带电的平衡小球，故A正确；实验中通过改变A、C的电荷量，从而改变悬丝的扭转角度，因此实验中，B球不带电，故B错误；库仑在实验中并没有测出静电力常量k的值，故C错误；该实验验证了电荷间的相互作用力与距离平方成反比，与电荷量的乘积成正比，并没有测出每一个带电小球的电荷量，故D错误.
三、静电力的计算
教材认知
【知识梳理】
排斥　
吸引　
真空中　
点电荷　
矢量和　
典题讲练
A. 0
D
名师点评
静电力叠加的计算技巧
（1）静电力叠加遵循平行四边形定则，先求出点电荷所受的每一个静电力，再应用平行四边形定则求合力.
（2）注意两个等大的力的合成，合力一定沿其角平分线方向，可利用对称性求解.
（3）计算静电力时，不但要求出静电力的大小，还要说明静电力的方向.
D
四、静电力作用下带电体的平衡
教材认知
【知识梳理】
分析静电力作用下点电荷的平衡问题时，方法仍然与力学中分析物体的平衡方法一样，具体步骤如下：
（1）确定研究对象：有几个物体相互作用时，要依据题意，用“整体法”或“隔离法”选取合适的研究对象.
（3）根据F合＝0列方程，若采用正交分解，则有Fx＝0，Fy＝0.
（4）解方程求出未知量.
典题讲练
题型1　三个自由电荷的平衡问题
[典例5]　如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两点电荷A、B，相距L，问：
（1）若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？
答案：见解析
（2）若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？
解析：（2）设放置的点电荷的电荷量为Q，分别对A、B受力分析，根据平衡条件
名师点评
在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题
（1）条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反.
（2）规律
B
A. 两绳中的张力大小一定相等
B. P的质量一定大于Q的质量
C. P的电荷量一定小于Q的电荷量
D. P的电荷量一定大于Q的电荷量
随堂检测
A. 点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是可以在自然界找到的
B. 点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体
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
D
解析：点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷实际上并不存在，选项A错误；当两个带电体的形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷，与体积大小无直接关系，选项B错误；库仑定律只适用于真空中的静止的点电荷，当距离很小时，带电体不能再看作点电荷，故库仑定律不再适用，选项C错误；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，选项D正确.
1
2
3
4
5
C. F D. 3F
B
1
2
3
4
5
A. 9.9×10－4 N B. 9.9×10－3 N
C. 1.17×10－4 N D. 2.7×10－4 N
规定沿这条直线由A指向C为正方向，则点电荷A受到的合力大小为FA＝FBA－FCA＝（1.08×10－3－9×10－5） N＝9.9×10－4 N，故选项A正确.
A
1
2
3
4
5
B
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
5. （2025·广东惠州一中期末）如图所示，带电荷量分别为qa、qb、qc的小球a、b、c（均可视为点电荷），固定在等边三角形的三个顶点上，a球所受库仑力的合力F方向垂直于a、b的连线，则：
解析：（1）设等边三角形的边长为r，由题意可知a球所受库仑力的合力F方向垂直于a、b的连线向下，故b对a为向右的引力，c对a为斜向左下的斥力.
引力　
斥力　
2　
1
2
3
4
5
课时作业（二）
[基础训练]
A. 库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体
C. 若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力
D. 库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 两球都带正电
B. 两球都带负电
C. 大球受到的静电力大于小球受到的静电力
D. 两球受到的静电力大小相等
解析：由题图可知，两带电球相互排斥，则说明两球一定带有同种电荷，但不能确定是正电荷还是负电荷，故A、B错；两带电球间的静电力具有一般力的共性，符合牛顿第三定律，故选项C错，D对.
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. F1 B. F2 C. F3 D. F4
解析：由题意知c受a的斥力为F斥，受b的吸引力为F引，若F斥＝F引，则两力的合力水平向右，由于F引＞F斥，则c球所受静电力的合力应为F2，B正确.
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. θ1＞θ2 B. θ2＞θ1
C. θ1＝θ2 D. 无法确定
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 该位置处于Q1、Q2之间 B. 该位置处于Q1左侧
C. 该位置在x＝4 cm处 D. 该位置在x＝12 cm处
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
D. 60F
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
D. A、B的质量之比为m1∶m2＝2∶1
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[能力提升]
A. n＝3 B. n＝4 C. n＝5 D. n＝6
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. a、b小球一定带同种电荷
B. a、c小球可能带同种电荷
AD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（1）在B点杆对小球的弹力；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（2）小球在B、C两点的加速度大小之比.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11