第一章 第2节 库仑定律 （共30张PPT）
文档属性
| 名称 | 第一章 第2节 库仑定律 （共30张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 931.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-16 16:52:45 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
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。
思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？
思考二：你认为这个力的大小会与哪些因素有关？
思考三：多个因素影响的时候，我们一般会采用什
么方法进行研究？
二、探究影响电荷间相互作用力的因素
一、探究影响电荷间相互作用力的因素
演示：
2.距离越近，偏角越大，力越大；
距离越远，
力越小。
1.带电量越大，偏角越大，力越大；
带电量越小，
力越小。
小球受力示意图
偏角越大，力越大
结论：
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（用数学公式语言进行相关描述）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。
实验定性（用文字语言进行相关描述）表明：
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
三、库仑的实验
1、实验装置：库仑扭秤
2、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
3、实验原理：A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系
思考：B球的作用是什么呢？
4、实验方法：控制变量法
5、实验步骤：
探究F与r的关系：
（1）把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小
（2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系
探究F与q的关系：
改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系
在库仑那个时代，还不知道怎么样测量
物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都
没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？
电量均分
条件：完全相同的小球
实验结论：库仑定律
当电量不变时，F与距离r的二次方成反比
F∝
当之间距离不变时，F与、
的乘积成正比 F∝
思想方法
1、小量放大思想
2、电荷均分原理
三、库仑定律
1、 内容：真空中两个静止点电荷之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
2、表达式：
3、适用条件：
真空中静止点电荷
其中：k叫静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2
点电荷 ：当带电体间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷
点电荷类似于力学中的“质点” ，是一种理想化的模型
4 库仑力的方向：在它们的连线上。
同种电荷
异种电荷
5.相互作用的两个点电荷，不论它们的电量是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力和反作用力
6.（1）在计算时q1、q2只要代入大小，“+”、“-”号不要代入
（2）库仑定律只能计算库仑力的大小 ，方向在连线上，还需进一步通过同种电荷排斥，异种电荷吸引来确定
1、下列说法中正确的是：
A、点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是
不存在的
B、点电荷就是体积和带电量都很小的带电体
C、根据库仑定律可知，当r 0 时,F ∞
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：AD．
2、在真空中，一个电荷量为 2.0×10–9 C 的点电荷q ，受到另一个点电荷Q 的吸引力为 8.1×10-3 N, q 与Q 间的距离为 0.1 m , 求Q 的电荷量？
解：
解：氢原子核与电子之间的库仑力 F电为：
3、 在氢原子中，原子核只有1个质子, 核外只有1个电子, 它们之间的距离 r = 5.3×10-11 m 。求氢原子核与电子之间的库仑力 F电与它们之间的万有引力F引 的比值？ (已知质子的质量为1.67× 10-27kg，电子的质量为9.1×10-31kg）
氢原子核与电子之间的万有引力 F 引 为：
小结：微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
F电
F 引
例4、两个带同种电荷的相同金属小球(两球距离远大
于小球的直径）所带电量分别为Q1，Q2，现让它们
接触后再放回原处，那么它们的相互作用与原来相
比（ ）
A. 可能变大 B. 可能变小
C. 可能不变 D. 以上三种都可能存在
AC
若电荷量相等则作用力不变。若电荷量不等，则作用力变大
拓展:两个相同的带电金属小球(两球距离远大于小
球的直径）所带电量分别为Q1，Q2，现让它们接
触后再放回原处，那么它们的相互作用与原来相比
（ ）
A. 可能变大 B. 可能变小
C. 可能不变 D. 以上三种都可能存在
Q1
Q2
D
两个相同的金属小球Ａ、Ｂ，带等量同种电荷，相距为r，现引入第三个相同的金属小球Ｃ，与Ａ、Ｂ相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力为原来的（ ）
A. １/８ B. 3/８
C. １/9 D. 无法确定
Ｂ
例5、电荷守恒定律与库仑定律综合题
思考1：两个相同的金属小球Ａ、Ｂ，带等量异种
电荷，相距为r,现引入第三个相同的金属小球Ｃ，
与Ａ、Ｂ相互接触后再放回原来的位置上，则它们
间的库仑力变为原来的（ ）
１/８ B. 3/８
C. １/１ D. 无法确定
Ａ
思考2：两个相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距为r,两者相互接触后在放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的（ ）
A.4/7 B.3/7
C.9/7 D.16/7
C D
思考3：有两个完全相同的带电小球Ａ和Ｂ。分别
带电10Ｑ和-Q, 球心间距为R，将它们用绝缘支柱
固定起来，现用第三个一样的中性金属球C反复不
断地和A、B轮流接触，最后移开C，A、B间的作用
力变为原来的多少倍？
9/10
四、多个点电荷的问题
实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。
例题6：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10-6 c,求：Q3所受的库仑力。
解：Q3共受F1和F2两个力的作用，Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离 r 都相同,
所以
=0.144 N
根据平行四边形定则，合力是:
合力的方向沿Q1与Q2连线的垂直平分线向外.
拓展．三个自由点电荷的平衡问题
(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反．
(2)由库仑力的方向及二力平衡可知，三个点电荷必须在同一直线上，且同种电荷不能相邻.
(3)由 知，中间的异种电荷电荷量应最小，且靠近两侧电荷量较小的那一个，
(4)规律：“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；
“两同夹异”——正负电荷相互间隔；
“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；
“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷．
【典例8、两个电荷量分别为Q和4Q的负点电荷a、b，在真空中相距为l，如果引入另一点电荷c，正好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定点电荷c的位置、电性及它的电荷量.
【解题指导】解答本题时，可按以下思路分析：
【标准解答】由于a、b点电荷同为
负电荷，可知电荷c只能是正电荷，
且应放在a、b之间的连线上.
依题意作图如图所示，设电荷c和a相距为x，则b和c相距为
(l-x)，c的电荷量为q.对电荷c，所受的库仑力的合力为
零，则Fac=Fbc.
根据库仑定律得：
解得： (舍去)
又由Fca=Fba，得： 解得
【互动探究】若例题中放于a、b两点处的电荷的电荷量分别为-Q和4Q，再在c处放一电荷，使得三个电荷都处于平衡状态，试确定c的位置，所放电荷的性质、电荷量.
【解析】根据“三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远
大”的规律，c点应在a、b两点的连线上，且在两点间的外
侧距离-Q较近，设到-Q的距离为x，所放电荷应为正电荷，
电荷量为q.
由带电量为q的电荷受力平衡得：
由-Q受力平衡得：
解得x=l,q=4Q.
答案：c位于a、b连线上两点间的外侧,距离a点为l，所放
电荷为4Q的正电荷
例9、真空中有两个点电荷，分别带电q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它们相距15cm，现引入第三个点电荷，它应带电量为________，放在________位置才能使三个点电荷都处于静止状态．
若q2= 2×10-2C,结果又如何？
q3=-2×10-2C,q1的外侧0.15cm处
q3=-2/9×10-2C,q1q2之间距q15cm处
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。
思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？
思考二：你认为这个力的大小会与哪些因素有关？
思考三：多个因素影响的时候，我们一般会采用什
么方法进行研究？
二、探究影响电荷间相互作用力的因素
一、探究影响电荷间相互作用力的因素
演示：
2.距离越近，偏角越大，力越大；
距离越远，
力越小。
1.带电量越大，偏角越大，力越大；
带电量越小，
力越小。
小球受力示意图
偏角越大，力越大
结论：
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（用数学公式语言进行相关描述）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。
实验定性（用文字语言进行相关描述）表明：
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
三、库仑的实验
1、实验装置：库仑扭秤
2、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
3、实验原理：A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系
思考：B球的作用是什么呢？
4、实验方法：控制变量法
5、实验步骤：
探究F与r的关系：
（1）把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小
（2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系
探究F与q的关系：
改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系
在库仑那个时代，还不知道怎么样测量
物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都
没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？
电量均分
条件：完全相同的小球
实验结论：库仑定律
当电量不变时，F与距离r的二次方成反比
F∝
当之间距离不变时，F与、
的乘积成正比 F∝
思想方法
1、小量放大思想
2、电荷均分原理
三、库仑定律
1、 内容：真空中两个静止点电荷之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
2、表达式：
3、适用条件：
真空中静止点电荷
其中：k叫静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2
点电荷 ：当带电体间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷
点电荷类似于力学中的“质点” ，是一种理想化的模型
4 库仑力的方向：在它们的连线上。
同种电荷
异种电荷
5.相互作用的两个点电荷，不论它们的电量是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力和反作用力
6.（1）在计算时q1、q2只要代入大小，“+”、“-”号不要代入
（2）库仑定律只能计算库仑力的大小 ，方向在连线上，还需进一步通过同种电荷排斥，异种电荷吸引来确定
1、下列说法中正确的是：
A、点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是
不存在的
B、点电荷就是体积和带电量都很小的带电体
C、根据库仑定律可知，当r 0 时,F ∞
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：AD．
2、在真空中，一个电荷量为 2.0×10–9 C 的点电荷q ，受到另一个点电荷Q 的吸引力为 8.1×10-3 N, q 与Q 间的距离为 0.1 m , 求Q 的电荷量？
解：
解：氢原子核与电子之间的库仑力 F电为：
3、 在氢原子中，原子核只有1个质子, 核外只有1个电子, 它们之间的距离 r = 5.3×10-11 m 。求氢原子核与电子之间的库仑力 F电与它们之间的万有引力F引 的比值？ (已知质子的质量为1.67× 10-27kg，电子的质量为9.1×10-31kg）
氢原子核与电子之间的万有引力 F 引 为：
小结：微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
F电
F 引
例4、两个带同种电荷的相同金属小球(两球距离远大
于小球的直径）所带电量分别为Q1，Q2，现让它们
接触后再放回原处，那么它们的相互作用与原来相
比（ ）
A. 可能变大 B. 可能变小
C. 可能不变 D. 以上三种都可能存在
AC
若电荷量相等则作用力不变。若电荷量不等，则作用力变大
拓展:两个相同的带电金属小球(两球距离远大于小
球的直径）所带电量分别为Q1，Q2，现让它们接
触后再放回原处，那么它们的相互作用与原来相比
（ ）
A. 可能变大 B. 可能变小
C. 可能不变 D. 以上三种都可能存在
Q1
Q2
D
两个相同的金属小球Ａ、Ｂ，带等量同种电荷，相距为r，现引入第三个相同的金属小球Ｃ，与Ａ、Ｂ相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力为原来的（ ）
A. １/８ B. 3/８
C. １/9 D. 无法确定
Ｂ
例5、电荷守恒定律与库仑定律综合题
思考1：两个相同的金属小球Ａ、Ｂ，带等量异种
电荷，相距为r,现引入第三个相同的金属小球Ｃ，
与Ａ、Ｂ相互接触后再放回原来的位置上，则它们
间的库仑力变为原来的（ ）
１/８ B. 3/８
C. １/１ D. 无法确定
Ａ
思考2：两个相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距为r,两者相互接触后在放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的（ ）
A.4/7 B.3/7
C.9/7 D.16/7
C D
思考3：有两个完全相同的带电小球Ａ和Ｂ。分别
带电10Ｑ和-Q, 球心间距为R，将它们用绝缘支柱
固定起来，现用第三个一样的中性金属球C反复不
断地和A、B轮流接触，最后移开C，A、B间的作用
力变为原来的多少倍？
9/10
四、多个点电荷的问题
实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的矢量和。
例题6：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2×10-6 c,求：Q3所受的库仑力。
解：Q3共受F1和F2两个力的作用，Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离 r 都相同,
所以
=0.144 N
根据平行四边形定则，合力是:
合力的方向沿Q1与Q2连线的垂直平分线向外.
拓展．三个自由点电荷的平衡问题
(1)条件：两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零，或每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反．
(2)由库仑力的方向及二力平衡可知，三个点电荷必须在同一直线上，且同种电荷不能相邻.
(3)由 知，中间的异种电荷电荷量应最小，且靠近两侧电荷量较小的那一个，
(4)规律：“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；
“两同夹异”——正负电荷相互间隔；
“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；
“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷．
【典例8、两个电荷量分别为Q和4Q的负点电荷a、b，在真空中相距为l，如果引入另一点电荷c，正好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定点电荷c的位置、电性及它的电荷量.
【解题指导】解答本题时，可按以下思路分析：
【标准解答】由于a、b点电荷同为
负电荷，可知电荷c只能是正电荷，
且应放在a、b之间的连线上.
依题意作图如图所示，设电荷c和a相距为x，则b和c相距为
(l-x)，c的电荷量为q.对电荷c，所受的库仑力的合力为
零，则Fac=Fbc.
根据库仑定律得：
解得： (舍去)
又由Fca=Fba，得： 解得
【互动探究】若例题中放于a、b两点处的电荷的电荷量分别为-Q和4Q，再在c处放一电荷，使得三个电荷都处于平衡状态，试确定c的位置，所放电荷的性质、电荷量.
【解析】根据“三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远
大”的规律，c点应在a、b两点的连线上，且在两点间的外
侧距离-Q较近，设到-Q的距离为x，所放电荷应为正电荷，
电荷量为q.
由带电量为q的电荷受力平衡得：
由-Q受力平衡得：
解得x=l,q=4Q.
答案：c位于a、b连线上两点间的外侧,距离a点为l，所放
电荷为4Q的正电荷
例9、真空中有两个点电荷，分别带电q1=5×10-3C，q2=－2×10-2C，它们相距15cm，现引入第三个点电荷，它应带电量为________，放在________位置才能使三个点电荷都处于静止状态．
若q2= 2×10-2C,结果又如何？
q3=-2×10-2C,q1的外侧0.15cm处
q3=-2/9×10-2C,q1q2之间距q15cm处