9.2 库仑定律 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（36张PPT）

第2节库仑定律
第九章静电场及其应用
知识点 电荷之间的作用力
带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在????1，????2，????3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
?
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
库仑扭秤实验
1
新知探究
1、实验采取的研究方法?
控制变量法
2、如何设计实验？
（1）电量一定时，F与r的关系。
（2） r一定时，F与Q1×Q2。
知识点 电荷之间的作用力
库仑扭秤实验
1
新知探究
575.50
8.5
第3次
1440
18
第2次
360
36
第1次
偏角
距离
次数
库仑的实验数据
Q一定
3.997
4.000
Fn/Fn-1
知识点 电荷之间的作用力
库仑扭秤投影式装置
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
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。
这种电荷之间的相互作用力叫做静电力。
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
表达式:
在国际单位制中,k=9.0x109 N·m/，k是一个常量——静电力常量
库仑力是"性质力”，不是“效果力”。
?
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
适用条件
①真空中(空气中也近似成立)。
②静止点电荷
点电荷是一种理想化模型，类似于力学中的质点模型。
1
新知探究
名师指点
带电体看成点电荷的条件
(1)一个带电体能否看成点电荷，要看它本身的线度是否比它们之间的距离小得多。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离足够大，也可以视为点电荷。
(2)带电体的线度比相关的距离小多少时才能看成点电荷，还与问题所要求的精度有关。在测量精度要求的范围内，带电体的形状及大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体就可以看成点电荷。
知识点 电荷之间的作用力
例：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
1
新知探究
A B D
知识点 电荷之间的作用力
对库仑定律的理解
①两个带电体间的库仑力是一对作用力和反作用力。
不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷的作用力大。
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
对库仑定律的理解
②代入公式计算时，一般将电荷量的绝对值代入。
然后根据“同种电荷相斥、异种电荷相吸”来判断力的方向。
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
对库仑定律的理解
③两个均匀带电绝缘球体，可视为电荷集中在球心的点电荷，为两球心间距离。
对于两个带电金属球，要考虑静电力会使金属球表面的电荷重新分布。
1
新知探究
知识点 电荷之间的作用力
1
新知探究
判断：
知识点 电荷之间的作用力
1
新知探究
例：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之间的静电力将变为（ ）。
A．F/2 B．F/4
C．F/8 D．3F/8
c
知识点 电荷之间的作用力
1
新知探究
例：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
B
知识点 库仑的实验
1．实验装置
库仑扭秤(如图所示)
2
新知探究
知识点 库仑的实验
2．实验步骤
(1)改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r的关系。
(2)改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系。
2
新知探究
知识点 库仑的实验
3．实验结论
(1)力F与距离r的二次方成反比，即F∝1r2　。
(2)力F与????1，????2的乘积成正比，即F∝q1q2，所以F∝????1????2????2或????=????1????2????2
?
2
新知探究
知识点 静电力计算
(1)库仑定律与万有引力的对比
3
新知探究
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}定律
共同点
区别
影响大小的因素
公式
万有引力定律
①都与距离的平方成反比
②都有一个常量

与两个物体质量有关，只有引力
m1、m2、r
F=G
库仑定律
与两个物体电荷量有关，有引力，也有斥力
q1、q2、r
知识点 静电力计算
(2)静电力的叠加
①两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。
两个点电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。
3
新知探究
知识点 静电力计算
静电力的叠加遵循平行四边形原则。
3
新知探究
知识点 静电力计算
例：如图所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上.a和c带正电,b带负电,a所带电荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
3
新知探究
B
知识点 静电力计算
②三个自由点电荷的平衡问题
对其中一个电荷受力分析可知，若不共线，则无法保持平衡。
三个带电体在一条直线上，都在静电力作用下处于平衡状态，它们遵循的规律是：中间的电荷与两边的电荷电性相反，两边电荷电性相同，中间电荷量最小，即“两同夹一异，两大夹一小。”
3
新知探究
知识点 静电力计算
例题：光滑绝缘水平面上相距为L的点电荷A，B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，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的电荷量和放置的位置是（ ??）
A.?－q，在A左侧距A为L处?????????B.?－2q，在A左侧距A为????2处
C.?＋4q，在B右侧距B为L处?????? ?D.?＋2q，在B右侧距B为3????2处
?
3
新知探究
解析：A，B、C三个电荷要平衡，必须三个电荷在一条直线上，外侧二个电荷相互排斥，中间电荷吸引外侧两个电荷，所以外侧两个电荷距离大，要平衡中间电荷的拉力，必须外侧电荷电量大，中间电荷电量小，所以C必须带正电，在B的右侧．设C所在位置与B的距离为r，则C所在位置与A的距离为L＋r，要能处于平衡状态，所以A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小，设C的电量为Q．则有：
解得：r＝L．对点电荷A，其受力也平衡，则： 解得：Q＝4q，即C带正电，电荷量为4q，在B的右侧距B为L处．
课堂训练
分析：
利用两大夹一小，两同夹一异可以判别第三点电荷的大致位置和电性，利用平衡方程可以求出第三点电荷的具体位置。
课堂训练
知识点 静电力计算
③任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果知道带电体上的电荷分布，根据库伦定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力。
3
新知探究
1.如图所示用三根长度相同的绝缘细线将三个带电小球连接后悬挂在空中。三个带电小球质量相等，A球带负电，平衡时三根绝缘细线都是直的，但拉力都为零。则（?? ）
A.?B球和C球都带负电
B.?B球带负电荷，C球带正电荷
C.?B球和C球所带电量不一定相等???????????????????????
D.?B球和C球所带电量一定相等
课堂训练
解析：AB．B球受重力及A、C对B球的库仑力而受于平衡状态，则A与C球对B球的库仑力的合力应与重力大小相等，方向相反；库仑力的方向只能沿两电荷的连线方向，说明A对B的库仑力应指向A，C对B的作用力应指向B的左侧。因A带负电，则可知B、C都应带正电，A、B不符合题意；
课堂训练
解析： CD．由受力分析图可知，A对B的库仑力应为C对B库仑力的2倍，C带电量应为A带电量的一半；同理分析C可知，B带电量也应为A带电量的一半，B、C带电量应相同，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
答案：D
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2.两个放在支架上的相同金属球，相距为d，球的半径比d小得多，分别带有q和3q的电荷，相互斥力为3F。现将这两个金属球接触，然后分开，仍然放回原处，则它们的相互斥力将变为（?? ）
A.?0??????????????????????B.?9F????????????C.?3F??????????????????????????D.?4F
课堂训练
解析：初始状态下，根据库仑定律有
接触后，两电荷均分总电量，分别带上2q的电量
解得
则ABC不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
答案：D
课堂训练
3. 真空中两个完全相同的带电小球A和B（均可看做点电荷），带电量分别为+2q和-6q，固定在相距为r的两点，两球间静电力为F，现用绝缘工具使两球接触后分开，将其固定在距离为2r的两点，则两球间库仑力为（?? ）
A.?相互作用的斥力，大小为????3????????????????B.?相互作用的引力，大小为 ????3
C.?相互作用的引力，大小为 ????12?????????????D.?相互作用的斥力，大小为 ????12
?
课堂训练
解析：由库仑定律得
解得
接触后分开，先中和后平分，二者带等量负电荷，相互排斥，D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
答案：D
课堂训练
谢谢