粤教版（2019）物理必修第三册 1.2 库仑定律 课件(51张ppt）

第一章　静电场的描述
第二节　库仑定律
学习目标
学法指导
1.知道点电荷的概念，明确实际带电体看作点电荷的条件
2．理解库仑定律的内容及公式，并说明库仑定律描述的客观规律和适用条件
3．了解库仑扭秤实验，知道静电力常量
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．通过探究库仑定律的过程，体会其中的科学思想和方法
3．通过练习题目，掌握运用库仑定律分析求解问题的方法
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．实验现象
(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越______．
(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越______．
2．实验结论
电荷之间的作用力随着电荷量的增大而________，随着距离的增大而________．
探究影响电荷间相互作用力的因素
小
大
增大
减小
【答案】点电荷是理想化模型，实际并不存在，是我们抓住主要因素、忽略次要因素抽象出的物理模型．模型化能更快得出电荷的作用规律．
研究点电荷有什么意义？
(多选)如图所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小，这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来(小球与物体O在同一水平线上)．若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示．则下列对该实验的判断正确的是 (　　)
A．可用控制变量法，探究F与Q、q、d的关系
B．保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比
C．保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关
D．保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比
【答案】AC
【解析】保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d有关，但不能确定成反比关系，B错误；保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关，C正确；保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F随Q的减小而减小，但不能确定成正比关系，D错误；由上述可知A、C正确．
1．静电力：把__________之间的相互作用力称为静电力，也叫库仑力．
2．点电荷的特点
(1)带电体间的距离比它们自身的大小________．
(2)带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷之间的________的影响可以忽略．
库仑定律
静止电荷
大得多
作用力
3．内容





4．表达式：F＝____________，式中k叫作静电力常量，k＝_________________.
点电荷
适用条件
真空中两个静止的________
库仑力大小
与它们的电荷量的______成正比，与它们的距离的________成反比
库仑力方向
在它们的________上，相互吸引或排斥
乘积
二次方
连线
9.0×109 N·m2/C2

5．静电力的叠加原则
(1)两个点电荷间的作用力________因第三个点电荷的存在而有所改变．
(2)两个或者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____________．
不会
矢量和
多维课堂 | 素养初培
1．点电荷是怎样的一个物理模型？它和力学中学习过的哪个理想化模型相似？实际中存在点电荷吗？
【答案】点电荷是一个只有电荷量而没有大小、形状的几何点．和力学中的质点相似．点电荷和质点一样，是一个理想化的物理模型．实际中并不存在．
对点电荷的理解

2．能不能凭带电体的大小和形状确定带电体是否为点电荷呢？把带电体看成点电荷应满足什么条件呢？
【答案】不能凭带电体的大小和形状确定带电体是否为点电荷．两个带电体能否视为点电荷，主要是看它们本身的线度是否比它们之间的距离小得多，而不是看物体本身有多大，即使两个比较大的带电体，只要它们间的距离足够大，也可以视为点电荷．

3．注意区分点电荷与元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值．
(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍．
精例1　(多选)下列关于点电荷的说法中，正确的是 (　　)
A．无论两个带电体多大，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
【答案】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时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，故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，故B错误．两个带电金属小球，若离的很近，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，故D正确．

变式1　下列哪些带电体可视为点电荷 (　　)
A．电子和质子在任何情况下都可视为点电荷
B．在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体可视为点电荷
C．带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷
D．带电的金属球一定不能视为点电荷
【答案】C

【解析】电子和质子在研究的范围非常小，与它的大小差不多时，不能看作点电荷，故A错误；在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体在一定的条件下可视为点电荷，故B错误；带电的细杆在它的大小与研究的范围相比可以忽略不计时，可以视为点电荷，故C正确；带电的金属球在它的大小与研究的范围相比来说可以忽略不计时，可以视为点电荷，故D错误．
　对点电荷的两点认识
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．
对库仑定律的理解

2．两个带电球体间的库仑力
(1)两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，也适用库仑定律，球心间的距离就是二者的距离．
(2)两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时两带电球体之间的作用距离会随所带电荷量的改变而改变，即电荷的分布会发生改变．
【答案】B
结合本节关于氢原子核内质子与核外电子的静电力和万有引力的比较，说明在分析原子内原子核和电子之间的作用力时为何忽略万有引力．
库仑定律的应用
2．三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
“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．
精例3　a、b两个点电荷相距40 cm，电荷量分别为q1、q2，且q1＝9q2，都是正电荷．现引入点电荷c，这时a、b电荷恰好都处于平衡状态．
试问：点电荷c的带电性质是怎样的？电荷量多大？它应该放在什么地方？
变式3　把质量为2.0 g的带负电的小球A用绝缘细绳悬挂起来，若将电荷量为Q＝4.0×10－6 C的带电小球B靠近小球A，如图所示．当两个带电小球在同一高度相距30 cm时，绳与竖直方向恰成45°角．g取10 m/s2，求：(小球A、B可看成点电荷，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
(1)A球所受的库仑力大小；
(2)A球所带的电荷量．
【答案】(1)0.02 N　(2)5×10－8 C
核心素养微专题
1784年至1785年间，法国物理学家查尔斯·库仑通过扭秤实验验证了库仑定律．扭秤的结构如图所示：在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体B，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球C．

为了研究带电体之间的作用力，先使A、C各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转．转动悬丝上端的悬钮，使小球回到原来位置．这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩．如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力，并且通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小．
【答案】A
课堂小练 | 素养达成
1．下列关于点电荷的说法，正确的是 (　　)
A．点电荷一定是电荷量很小的电荷
B．点电荷是一种理想化模型，实际不存在
C．只有体积很小的带电体，才能作为点电荷
D．体积很大的带电体一定不能看成点电荷
【答案】B
【解析】当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们的作用力影响可以忽略时，这样的带电体就可以看成点电荷，所以A、C、D错，B正确．

2．关于库仑定律的理解，下面说法正确的是 (　　)
A．对任何带电体之间的静电力计算，都可以使用库仑定律公式
B．只要是点电荷之间的静电力计算，就可以使用库仑定律公式
C．两个点电荷之间的静电力，无论是在真空中还是在介质中，一定是大小相等、方向相反的
D．摩擦过的硬橡胶棒吸引碎纸屑，说明碎纸屑一定带正电


【答案】C
【解析】库仑定律适用于真空中的点电荷，故A、B错误．库仑力也符合牛顿第三定律，C正确．硬橡胶棒吸引纸屑，纸屑带正电或不带电都可以，D错误．
3．如图所示，在绝缘光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，同时从静止释放，则两个小球的加速度大小和速度大小随时间变化的情况是 (　　)
A．速度变大，加速度变大
B．速度变小，加速度变小
C．速度变大，加速度变小
D．速度变小，加速度变大


【答案】C
【解析】因电荷间的静电力与电荷的运动方向相同，故电荷将一直做加速运动，又由于两电荷间距离增大，它们之间的静电力越来越小，故加速度越来越小．
【答案】B
【解析】M受到三个力的作用而处于平衡状态，则绝缘细线的拉力与库仑力的合力必与M的重力大小相等，方向相反，故B正确．