静电力 库仑定律

第二节 静电力 库仑定律
教学目标
知识与技能：
1、了解库仑定律的建立过程和相关的物理学史。
2、知道点电荷的物理意义。
3、理解真空中的库仑定律以及适用条件。
4、知道静电力常量k的物理意义、数值和单位。
5、会用库仑定律解决涉及点电荷静电力计算的简单问题。
过程与方法
1、提出问题——猜想与假设——实验验证——得出结论——反思评价
2、控制变量的科学研究方法，理想化模型、放大、转化、类比、以及对称、守恒
的思想方法。
情感态度与价值观
利用库仑定律建立的过程以及相关的物理学史培养学生的科学素养。
重 点： 库仑定律的建立过程 对库仑定律的理解和应用。
难 点： 探究库仑定律的定性演示和库仑扭秤实验的验证过程。
教学过程
新课导入
从上节课我们学习到同种电荷相吸引，异种电荷相排斥，这种静电荷之间的相互作用叫做静电力。力有大小、方向和作用点三要素，我们今天就来具体学习一下静电力的特点。
新课内容
一、静电力与点电荷模型
静电力的作用点——作用在电荷上。
静电力的方向——沿着两电荷的连线。
静电力的大小（电荷A对B与B对A的力等大反向，与所带电荷多少无关）
可能与哪些因素有关，说出猜测的理由？（学生猜想：与电荷所带电量有关，电量越大，力越大，理由——放电导致电量减小后，验电器的金箔张角减小说明斥力减小；也与电荷间的距离有关，带电物体靠近时才能吸引轻小物体，离的远时吸不起来）
教师：电荷之间的相互作用力大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，电量越大，距离越近，作用力就越大；反之电量越小，距离越远，作用力就越小。作用力的方向，可用同种电荷相斥，异种电荷相吸的规律确定。教师补充说明，考虑到带电体的受力是所带电荷受力的合力的问题，这个静电力大小其实还会与物体的体积、形状、电荷分布有关。因此，我们今天只研究一个简化的模型——点电荷。（回顾：质点的概念，当物体的形状与两物体间的距离相比可以忽略的时候，可以忽略物体的形状和大小，将物体看做质点。）
1、点电荷：当带电体的尺寸与它们之间的距离相比可以忽略的时候，可以将带电体看作点电荷。
什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确
定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。
库仑定律
内容：在真空中两个电荷间作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的
平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。若两个点电荷q1，q2静止于真空中，距离为r，则q1受到q2的作用力F12为
式中的K是非常重要的物理常数，叫做静电力恒量，数值为
，
q2受到q1 的作用力F21与F12互为作用力与反作用力，它们大小相等，方向相反，统
称静电力，又叫库仑力。
若点电荷不是静止的，而是存在相对运动，那么它们之间的作用力除了仍存在静电力之
外，还存在相互作用的磁场力。关于磁场力的知识，今后将会学到。
库仑定律适用于真空中两个点电荷之间的相互作用力。
（2）库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。
当带电体大小和它们之间的距离相比可以忽略时，可理解为带电体只为一点，电荷集中于该
点， r即为两个带电体之间距离。这时可用库仑定率。当带电体是均匀带电的球体时也可使用库仑定律，r可视为球心连线距离。不均匀就不能使用。
当带电体大小与它们距离相比不可忽略时，电荷不能视为集中一点，r不能确定，不适用库
仑定律。这时要求两带电体间的相互作用，就要用到力的合成的办法。
例题讲解：
例1：教材P11例题：（略）
例2：已知点电荷A电量是B点电荷的2倍，则A对B作用力大小跟B对A作用力的比值为（ C ）
A.2:1 B.1:2 C.1:1 D.不一定
例3：两个质量都是m的小球，都用细线拴在同一点，两细线长度相等，两球都带上正电
荷，但甲球电量比乙球多，平衡时两细线分别与竖直方向夹角为θ1和θ2，则二者相比，θ1_____θ2。
（答：=）
师：库仑力也称为静电力，它具有力的共性。它与高一时学过的重力，弹力，摩擦力是并
列的。
它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则，与其它的力平衡，使物体发生形变，产生加速度。
库仑定律与万有引力定律的比较：
库仑定律是电磁学的基本定律之一。它的建立既是实验经验的总结，也是理论研究的成果。
特别是力学中引力理论的发展，为静电学和静磁学提供了理论武器，使电磁学少走了许多弯路，直接形成了严密的定量规律。
我们将从下表中来系统的认识这两大定律的关系，增强我们对这两大定律的认识与记忆，以便我们在今后的学习当中更好的运用。
万有引力 库仑力
公式 F=Gm1m2/r2 F=Kq1q2/r2
产生原因 只要有质量就有引力，因此称为万有引力 存在于电荷间，不光有吸引也可能有排斥
相互作用 吸引力与它们质量积成正比 库仑力与它们的电量积成正比
相似 遵从牛顿第三定律
与距离的关系为平方反比
库仑定律的应用：
例4：两个完全相同的均匀带电小球，分别带电量q1=2C正电荷，q2=4C负电荷，在真空中相距为r且静止，相互作用的静电力为F。
（1）今将q1、q2、r都加倍，相互作用力如何变？（作用力不变）
（2）只改变两电荷电性，相互作用力如何变？（作用力不变）
（3）只将r 增大4倍，相互作用力如何变？（作用力变为 F／25，方向不变。）
（4）将两个小球接触一下后，仍放回原处，相互作用力如何变？（接触后电量先中和，
后多余电量等分，作用力大小变为 F／8，方向由原来的吸引变为推斥）
（5）接上题，为使接触后，静电力大小不变应如何放置两球？（将带电体间距离变为）。
例5：如图所示，把质量为0.2克的带电小球A用丝线吊起，若将带电量为4×10-8C的小球B靠近它，当两小球在同一高度时且相距3cm，丝线与竖直方向夹角为45,此时小球B受到库仑力F=___________。小球A带的电量qA=____________。
解析：根据题给的条件，可知小球A处于平衡状态，分析小球A受力情况如下图所示。小球重力mg。丝线拉力T和小球B对小球A的静电力F的合力为零。（物体的平衡条件是关键）
题中小球A，B都视为点电荷，它们之间相互吸引，其作用力大小
∴ =>
小球B受到库仑力与小球A受到库仑力为作用力和反作用力，所以小球B受到的库仑力大小为2×10-3N。小球A与小球B相互吸引，B带正电，小球A带负电，所以qA=-0.5×10-8C（负号不可缺少）
课后作业：
课本P14 第4、5题，