高中物理 沪科版 选修1-1 1.2探究电荷相互作用规律 课件28张PPT

第一章 电荷的相互作用
1.2 探究电荷相互作用规律
新课标高中物理选修3－1
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表达式，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。
学习目标
同种电荷之间存在斥力
异种电荷之间存在引力
甲
乙
丙
复习回顾
电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？
探究起航
大胆猜想影响电荷间相互作用力的因素
1.可能跟电荷电量有关
2.可能与两个电荷间的距离有关
O是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小
思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？
思考二：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？
一、决定电荷相互作用的因素
大胆猜想影响电荷间相互作用力的因素
1.可能跟电荷电量有关
2.可能与两个电荷间的距离有关
O是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小
一、决定电荷相互作用的因素
实验表明：
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。
根据控制变量法可猜想：
r一定时，
q一定时，
二、库仑的探究
(一)、法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。
(一)、法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。
二、库仑的探究
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
想一想：B球的作用是什么呢？
使A球在水平面内平衡
平衡小球
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
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？
A
C
Q
A
电量均分
A
C
2
Q
A
D
2
Q
条件：完全相同的小球
1、当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2
2、当之间距离不变时，F与q1、q2的乘积成正比 F∝q1q2
结论：
综合结论:
式中的k是比例系数，叫做静电力常量。通过实验测定其值为:
库仑定律实验视频
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。
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。
定量讨论电荷间的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。
一、库仑定律
1.内容：
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。
2.适用条件：
电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。
（1）真空中 （2）静止的 （3）点电荷
3、点电荷
（1）在研究带电体间的相互作用时，如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。
均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作电电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。
（2）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点。
3、库仑定律的表达式
式中的k是比例系数，叫做静电常量。
计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。
方向：
在两点电荷的连线上，
同种电荷相斥，异种电荷相吸。
例1 已知氢核（质子）的质量是????.????????×?????????????????kg，电子的质量是????.????×?????????????????kg，在氢原子内它们之间的最短距为 ????.????×?????????????????m。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力。
?
解：氢核与电子所带的电荷量都是1.6×10?27C
?
F库=????????1????2????2=8.2×10?8N
?
F引=????????1????2????2=3.6×10?47N
?
微观粒子间的万有引力远小于库仑力，所以在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力忽略不计。
如果存在两个以上的点电荷怎样求静电力？
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变化。
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点电荷的作用力的矢量和。
例2 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。
Q2
Q1
Q3
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
????????=????????=????????????????????=????.????×????????????×????×?????????????????????.????????????=????.????????????????
?
例2 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。
Q2
Q1
Q3
Q1
Q2
Q3
F2
F1
F
30°
根据平行四边形定则，合力是:
例3 真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A、B(均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开，此时A、B球间的静电力变为多大？若再使A、B间距离增大为原来的2倍，则它们间静电力又为多大？
C
C
A
B
B
+Q
A
-Q
r
B
A
r
2r
所以：
解析
例4 光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，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L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
-4Q
+Q
FA
FB
FA>FB
FB
FA
FA
FB
FA=FB
同理可讨论负电荷也只能放在+Q的右侧，此时三者都平衡
题目要求使三个点电荷都处于平衡状态，现在我们先让第三个电荷平衡，看看应将它放在哪里？
此时，A、B不能保持平衡
例4 光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，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L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
-4Q
+Q
FA
FA
FB
FB
FA>FB
FB
FA
FA=FB
由库仑定律得：
对????????????????????????????+????????=????????????????????????
?
对B ????????????????????????????=????????????????????????
?
解得：q=4Q 带负电
C
再见