教科版 选修3-1 第一章 静电场 2. 库仑定律?课件47张PPT

(共47张PPT)
3.电荷守恒定律
2.起电方法
1.摩擦起电
2.感应起电
3.接触带（起）电
在一个与外界没有电荷交换的系统内，电荷
的代数和总是保持不变。
复习回顾
4.元电荷
1.万有引力定律表达式
同种电荷之间存在斥力
异种电荷之间存在引力
甲
乙
丙
探究起航
电荷之间作用力的大小决定于哪些因素呢？
F
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年得出了电荷间相互作用的定律.
一、探究影响电荷间相互作用力的因素
演示：电荷间相互作用力跟电荷量及距离有关_标清.flv
1.距离越近，偏角越大，力越大；
距离越远，
力越小。
2.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
T
G
偏角越大，力越大
结论：
α
F
一、探究影响电荷间相互作用力的因素
关系：两个电荷之间的作用力（F）随着电荷量（q）的增大而增大，随着距离（r）的增大而减小。
再猜想：电荷之间相互作用力的大小会不会与万有引力定律的大小具有相似的形式呢？会不会是
？
猜想：F与q、r有什么具体关系？
两个物体之间的作用力（F）随着质量（m）的增大而增大，随着距离（r）的增大而减小。
影响两电荷之间相互作用力的因素：
电量q
、距离r
。
我有办法！
　　库仑
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
二、库仑的实验——库仑扭秤实验【选修3-1】98库仑扭秤_标清.flv
库仑扭秤
平衡小球
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
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。
库仑的实验
研究方法：
1、F与r的关系
1、F与r的关系(q不变）
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平方成反比。即
控制变量法
演示实验1电荷、库仑定律1定量演示2
(3).flv
库仑的实验
2、F与q的关系（r不变）
结论：保持两球间的距离不变，改变两球带电量，从实验结果中库仑得出了静电力与电量乘积成正比。即
演示实验2电荷、库仑定律1定量演示2
(2).flv
综合有:
式中的k是比例系数，叫做静电力常量。
二、库仑定律
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。
表达式：
适用条件：
真空中(静止)点电荷
FBA
A
B
＋
＋
FAB
FAB
A
B
－
＋
FBA
库仑力的方向：在它们的连线上。
同种电荷
异种电荷
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。
2、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，类似于力学中的质点。
Q
Q
L=4r
不是点电荷
例:一个半径r1=10cm的带电圆盘,如果考虑它和d1=10m处某个电子的作用力,就完全可以把它看作________.
点电荷
一个无限大的带电平面
而如果这个电子离带电圆盘只有d2=1mm,那么这一带电圆盘又相当于____________________.
点电荷:是指这样的带电体,它本身的大小比它到其他带电体的距离小得多.这样,在研究它与其他带电体的相互作用时,可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况,把它抽象成一个几何点.
我们还学过那些理想化模型？
质点：在力学中，当一个物体的大小、形状与研究的问题关系不大时,我们可以忽略这些次要因素,而把物体当作一个仅有质量的点.
以后,会学到”弹簧振子”、”单摆”
、”理想气体”、”光线”等理想化模型.
※理想模型方法
是物理学常用的研究方法。当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型。这样可以使问题的处理大为简化。
地球能否看成质点？
三
库仑力
与
万有引力
相同点
(1)都与距离的二次方成反比
(2)都与和作用力有关的物理量的乘积成正比
(3)两种力的方向都在两物体的连线上
(1)描述了两种作用.(性质不同)
(2)库仑力可以是引力,也可以是斥力
万有引力只能是引力.
(3)常量不相同
不同点
【例题1】：已知氢核（质子）质量1.67×10-27kg．电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11
m。试比较氢核与核外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
1.6×10-19c.
=（9.0×109）×
=8.2×10-8
N
典题评析
可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。另外,二者的性质也不同。
【例题2】两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置，当他们都带1.5×10?5
C的正电时，相互作用力为F1
，当它们分别带+1.5×10?5
C和?1.5×10?5
C的电量时，相互作用力为F2
,
则（
）
A．F1
=
F2
B．F1
＜F2
C．F1
＞
F2
D．无法判断
1.0m
0.3m
难点突破1
难点突破1
1.0m
0.3m
1.0m
0.3m
1.0m
0.3m
1.0m
0.3m
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F=kq1q2/r2，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．带电量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍；
D．库仑定律的适用条件是：真空和点电荷。
跟随训练
【例题3】两个分别用长是13cm的绝缘细线悬挂于同一点的相同球形导体，带有同种等量电荷（可视为点电荷）由于静电斥力，它们之间的距离为10cm。已知每个球形导体的质量是0.6g，求：他们所带的电荷量
F
mg
T
课
堂
训
练
课
外
拓
展
【例题4】
a、b两个点电荷，相距40cm，电荷量分别为q1和q2，且q1=9q2，都是正电荷；现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态，试问：点电荷c的性质是什么？电荷量多大？它放在什么地方？
三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律
两同夹异、两大夹小、近小远大
难点突破2
如图所示，+Q1和-Q2是两个可自由移动的电荷，且Q2=4Q1．现再取一个可自由移动的点电荷Q3放在Q1与Q2连接的直线上，欲使整个系统平衡，那么(
)
A．Q3应为负电荷，放在Q1的左边．
B．Q3应为负电荷，放在Q2的右边
C．Q3应为正电荷，放在Q1的左边．
D．Q3应为正电荷，放在Q2的右边．
跟随训练
A
多个点电荷的问题
q2
q1
q3
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。
难点突破3
【例题5】：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
它们所受的库仑力。
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
F1=F2=K
=
N
=0.144
N
根据平行四边形定则，合力是:
q1
q2
q3
F2
F1
F
合力的方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外.
30°
典题评析
当堂训练
当堂训练
1、关于点电荷说法中正确的是（
）
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
ABD
当堂训练
当堂训练
2、三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F
。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的库仑力将变为（
）。
A．F/2
B．F/4
C．F/8
D．3F/8
当堂训练
当堂训练
C
C
B
+q
A
-q
r
B
A
r
所以：
当堂训练
当堂训练
2、三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F
。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的库仑力将变为（
）。
A．F/2
B．F/4
C．F/8
D．3F/8
C
当堂训练
3
带电量分别为+4Q和-6Q的两个相同的金属小球，相距一定距离时，相互作用力的大小为F。若把它们接触一下后，再放回原处，它们的相互作用力的大小变为(
)
A．F/24
B．F/16
C．F/8
D．F/4
A
当堂训练
4、如图所示，质量分别为m1和m2带电量分别为q1和q2的小球，用长度不等的绝缘细线悬挂起来，两细线与竖直方向的夹角分别为α和β（α>β），两小球恰在同一水平面上，那么　（　
　）
Ａ．两球一定带异种电荷
B．q1一定大于q2
C．m1一定小于m2
D．m1所受库仑力力一定
大于m2所受的库仑力
AC
六
课
堂
小
结
一、库仑定律
1、定律内容：真空中两个静止点电荷之间的作用力,跟它们的电荷量乘积成正比,跟它们的距离平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。
2、表达式
两电荷间相互作用力叫库仑力或静电力
静电力常量：k=9.0×109N·m2/C2
3、适用范围：
⑴真空中
⑵点电荷
(3)静止
一般都是说空气中
理想化模型，类似质点
二、库仑定律的使用
1、库仑力叠加
先求出每个电荷对所研究电荷的库仑力
然后平行四边形定则求出合力
2、三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律
两同夹异、两大夹小、近小远大
作
业
课后问题与练习4、5题