高中物理人教版选修3-1 第1章第2节 库仑定律

课件39张PPT。1.2 库仑定律高二选修3-1教学目标（一）知识与技能
1．掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量．
2．会用库仑定律的公式进行有关的计算．
3．知道库仑扭秤的实验原理．
（二）过程与方法
通过演示让学生探究影响电荷间相互作用力的因素，再得出库仑定律
（三）情感态度与价值观
培养学生的观察和探索能力
重点：掌握库仑定律
难点：会用库仑定律的公式进行有关的计算
教具：库仑扭秤(模型或挂图)．既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。使得r不变：科学家们通过实验验证当物体电荷量越大，物体受到的库仑力就越大。距离相同，带电小球偏转角不同 ,可见其受力大小不同。探究影响电荷间相互作用力的因素带电量相同，带电小球偏转角不同 ,可见其受力大小不同。使得q不变：科学家们通过实验验证当物体距离越远，物体受到的库仑力就越小。探究影响电荷间相互作用力的因素 早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律,定量讨论电荷间相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑.库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律.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。电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力.适用范围：1.真空中； 2.点电荷.其中K叫静电力常量：k=9.0×109 N·m2/C2
是由实验测定出来的 点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。在研究带电体间的相互作用时，如果带电体之间的距离远大于它们本身的大小．以致电体的形状、大小以及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响甚小，这样的带电体就可以看作带电的点，并称它为点电荷。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。
点电荷一、对点电荷概念的理解
1．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在.本节要点：2．当带电体之间的距离远远大于自身的大小时，带电体的形状、大小及电荷分布情况对相互作用力的影响可以忽略不计，就可以把这个带电体看作一个带电的几何点，即看成点电荷，相当于力学中的质点.举例说明：(1)均匀带电球体，半径为R.①若电荷分布不变，研究r>R的任何点的电场分布时，带电体可看成点电荷，与电荷量集中在球心的点等效；②若电荷分布是可改变的，在附近放另一个电荷时，其表面电荷量的分布发生改变，就不能看作点电荷；③若研究的位置离得很远，r?R，就可以把球看作点电荷.(2)对于板状带电体或杆状带电体，在研究它和位于附近的其他带电体间的相互作用时，均不能看作点电荷，只有当研究的位置到带电体的距离远远大于带电体的线度时，才能当作点电荷处理.典型例题例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（如体积小于1）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．答案：A、B、D． 库仑的实验 库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤。如图，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球与A球的重力平衡。当把另一个带电的小球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。
1、保持A、C两球的带电量不变，改变A、C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度,便可以找到力F与距离r的关系。
2、保持A、C两球之间的距离r不变，改变A、C的带电量q1和q2，记录每次悬丝扭转的角度,便可以找到力F与q1和q2的关系。1.F与r有关 2.F与q有关 库仑的实验研究方法：控制变量法.结论：保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离r，从实验结果中库仑得出静电力与距离的平方成反比，即 F∝1/r2结论：保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比，即 F ∝q1q2思想方法
1、小量放大思想
2、电荷均分原理1、内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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.2、公式：3、适用条件：⑴ 真空 ⑵ 点电荷4、点电荷：是一种理想模型.当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时,带电体可视为点电荷.k=9.0×109N·m2/C2二、库仑定律的正确理解和应用
1．库仑定律只适用于计算真空中两个点电荷间的相互作用力；空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑定律计算.
(1)有人根据F＝ 推出当r→0时，F→∞，从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，这种看法是错误的，因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用，不能成立了.(2)两个导体球，球心之间的距离为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图1－2－1所示，两球带同种电荷时F< ，两球带异种电荷时，F> .图1－2－12．应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中算出力的大小，力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则另行判断.
3．各物理量要统一用国际单位，只有采用国际单位时，k的值才是9.0×109N·m2/C2.4．库仑力具有力的一切性质，可以与其他力合成、分解，可以与其他力平衡，可以产生加速度，遵从牛顿第三定律，两点电荷间的库仑力是一对相互作用力，大小相等，方向相反.
典型例题答案：D． 从例题可以看出：电子和质子的静电力是它们间万有引力的2.3×1039倍.正因如此,以后在研究带电微粒间相互作用时,经常忽略万有引力. 库仑定律和万有引力定律都遵从平方反比规律,人们至今还不能说明它们的这种相似性,物理学家还在继续研究.典型例题三、库仑定律与万有引力定律的比较 如图1－2－2所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，两球之间的静电力符合下列选项中的 (　　)图1－2－2课堂讲练【思路点拨】　思考两个带电球能否简化成点电荷，不能简化成点电荷就不符合库仑定律的适用条件.【答案】　B
【题后反思】　带电体能否简化为点电荷，是库仑定律应用中的关键点.定律的另一个条件是“真空”中，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理.
一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为＋Q的电荷，另一电荷量为＋q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷所受的力为零，现在球壳上挖去半径为r(r?R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为________(已知静电力常量为k)，方向________.【解析】　由于球壳上均匀带电，原来每条直径两端相等的一小块圆面上的电荷对球心＋q的力互相平衡.现在球壳上A处挖去半径为r的小圆孔后，其他直径两端电荷对球心＋q的力仍互相平衡，剩下的就是与A相对的B处、半径也等于r的一小块圆面上电荷对它的力F，如图1－2－3所示.图1－2－3【答案】　　 由球心指向小孔中心
【思维总结】　该例题中两处合理的近似：(1)挖去小圆孔后，认为不改变电荷在球壳上的分布；(2)把B处圆面上的电荷看成点电荷. 如图1－2－4所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电荷量＋Q，B带电荷量－9Q.现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷都处于平衡状态，问：C应带什么性质的电？应放于何处？所带电荷量为多少？图1－2－4【思路点拨】　根据点电荷间相互作用规律知能使引入的第三个点电荷平衡的可能位置应在A、B连线的延长线上，且在A的左侧，然后列式计算.【解析】　根据题意，三个点电荷中每个点电荷都在库仑力的作用下处于平衡状态，由此可知，三个点电荷应位于同一条直线上，且C应带负电放在A的左边，如图1－2－5所示.图1－2－5【答案】　 带负电　放在AB延长线上A点的左侧0.2 m处　
【思维总结】　(1)处理此类题的基本思路是对三个电荷中的任意两个列受力平衡方程.
(2)使同一直线上三个电荷平衡放置的规律可总结如下：三电荷在同一直线上，两同夹一异，两大夹一小.
如图1－2－7所示，带电小球A和B放在光滑绝缘水平面上，质量分别为m1＝2 g，m2＝1 g；所带电荷量值q1＝q2＝10－7 C，A带正电，B带负电，现有水平向右的恒力F作用于A球，可使A、B一起向右运动，且保持间距d＝0.1 m不变，试问F多大？图1－2－7【答案】　2.7×10－2 N
【思维总结】　用牛顿第二定律处理带电体的运动时，采用的方法与以前相同，只是在受力分析时多了一个库仑力.