【高中物理】库仑定律+课件+高二上学期物理鲁科版(2019)必修第三册

F的大小 内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它
们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次 方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相
互排斥,异种电荷相互吸引。
F的方向
表达式：F
k
Q1Q 2 r2
F21
r
+
Q1
r
注意：
(k= 9×109 N·m2/C2)
+
Q1
F21
a、遵从牛顿第三定律
第2节 库仑定律
引入新课：
电荷之间存在“同性相斥，异性相吸 ”，那 么电荷 之间相 互作用 力会遵 循什么 样规律 呢？
同种电荷相互排斥、 异种电荷相互吸引。
一、点电荷：
1.静电力：电荷间的相互作用力称为静电力。 2、点电荷: 定义:当带电体本身的大小比它与其他的带电体之间的距离小得 多,以至于其形状、大小及电荷分布等因素对它与其他带电体之 间相互作用的影响可忽略时,这样的带电体称为点电荷。 特点:只有电荷量,没有大小的几何点。
b、计算时电量代绝对值求F大小，再判断F方向
c、当多个电荷作用时，采用力的合成求合力
F12
+
Q2
-
F12
Q2
与万有引力比较：
例 在氢原子内,电子和质子的间距为5.28×10-11m，
求：它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.
me 9.110 31 kg
e 1.6 1019 C
mp 1.671027 kg G 6.67 1011 N m2 kg2
A、F=kQ2/(3r)2
B、F＜kQ2/(3r)2
+Q
C、F＞kQ2/(3r)2 D、不能确定
等效点电荷的距离增大
求+q受到的静电力？
+Q
θm +q
F k Qq r2
r
F=mgtanθ
电荷均分原理：
r
将两金属球接触后放回原位， 库仑力变为原来几倍？
A －2Q
B 提高：AB分别带正负电荷，接触 ＋4Q 后库仑力可能变大吗？
同理可讨论负电荷也只能放在+Q 的右侧，此时三者都平衡
求微元受力
例.如图所示，用金属丝AB弯成半径r=1m的圆弧，但在A、B之间 留出宽度为d=2cm、相对来说很小的间隙.将电量Q=3.13×10-9C 的正电荷均匀分布金属丝上，求圆心O处的电场强度.
1．在光滑绝缘的水平地面上放置
着四个相同的金属小球，小球A、
L αβ L
T
T
两球系统重心左移,重力产生逆时 针力矩,整体逆时针转动,α变 小,β变大
F
+2q
mA
α mg
F’ +q
mB β
mg
两球完全相同,知m、L、θ，求q?
tanα=F/mAg tanβ=F’/mBg
α=β
偏角由质量mA、mB决定，与带电量无关。
电荷平衡问题
三个自由点电荷的平衡问题
结论一： 两同夹异
A -Q
B 可能不变吗？ +9Q F k Q1Q2 =
r2
(Q1 Q2 )2 F'k 2
r2
r
A
B 金属小球C(不带电)先后分别与A、
+Q
＋Q B各接触一下后拿走，A、B之间
的静电力变成原来的多少倍?
C
三球平分
提高：接触很多很多次后呢？
悬挂小球
qA>qB,mA=mB,平衡时两球位于同一水平面,α=β? 当mA>mB时，可得α<β
C.当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的 影响可忽略时,这两个带电体可看作点电荷
D.对于任何带电球体,总可把它看作电荷全部集中 在球心的点电荷
静电力叠加原理——求合力：
①求C的受力？
FAC
若QA<QB时,合力为___?
②求q3的受力F13 ？
F2
+Q
C
F3 F合
+q2
4m F23
37o
-q3
F1
点电荷和质点都是一种理想化的物理模型
注：（1）.在研究带电体间的相互作用时,如果带电体
本身的线度远小于它们之间的距离。带电体本身的大小, 对我们所讨论的问题影响甚小,相对来说可把带电体视为 一几何点,并称它为点电荷(只有电荷量,没有大小、形状) 。 （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。ta源自 Fy / Fx 4.5, 77.5
静电力叠加原理
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。
注意适用条件：
3r
+Q r
r
两电荷间的库仑力（ ）
C
A
B
问题一：三球平衡，C求带正电还是 负电？
C
A
A、B不能平衡
B
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
C
A
B
C qc
r1
A
qA
r2
B qB
C
FBC
FAC
问题二：A和B、C电荷量的大小关系 ？
B
FAB
FCB
结论二： 两大夹小
FBC FAC
k qBqc k qAqc
(r1 r2 ) 2 结论：电荷量比等于距离比
B.
3 3
得 q＝ 33Q，即 Q 与 q 的比值为 3.
C．3
D. 3
2.如下图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q(q＞0)的
相同小球，小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接．当 3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l.已知静电力常量为k，
若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为( )
解：
Fe
k
e2 r2
8.26106 N
Fe 2.27 10 39
Fg
G
memp r2
3.6410-47 N
Fg
v
2.求电子的线速度、周期？
+
-
k
e2 r2
m v2 r
v ke2 2.1106 m / s mr
v 2 r
T
T 2 r 2 r
v
r ke2
静电力与万有引力的比较
项目
万有引力
库仑扭秤实验
• 实验装置
C B
A
刻度盘与 指针
带电小球C
带电小球A
细银丝 平衡小球B
与带电体自身的大小及形状有关 与带电体所处的空间物质即介质有关
控制变量法
②简化:真空(空气) 的点电荷
r R1
理想化模型 当r>>R1、2时 R2 物体大小形状可忽略
体积小就是点电荷?
→真空中点电荷的静电力与电量和距离有关？
定性实验:控制变量法
距离越小静电力越大
带电量越大静电力越大
库仑定律：
适用条件
A、Q3为负电荷，且放于A左方 B、Q3为负电荷，且放于B右方 C、Q3为正电荷，且放于AB之间 D、Q3为正电荷，且放于B右方
A正确 规律1：两同夹异
规律2：两大夹小
例. 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（ ）
r FAC r F4
3m
5m F
正交分解
Fy
A
r
B
-q1
Fx
+Q
-Q
③y求q2的受力？
Fx +q2
0.3m
F
θ Fy 0.1m
+q3 x
-q1
Fx
9.0109
6 109 5109 0.32
3106 N
Fy
9.0109
3109 5109 0.12
1.35105 N
F Fx2 Fy2 1.38105 N
（3）.点电荷本身的线度不一定很小,它所带的电量也 可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。
二、两电荷间的静电力
1、电荷间的相互作用规律: 同种电荷相斥，异种电荷相吸——静电力或库仑力．
2、感受静电力：
问题：静电力与哪些因数有关?
探究影响静电力的因素
与带电体的电量有关 ①猜想: 与带电体之间的距离有关
A －Q，在A左侧距A为L处 B －2Q，在A左侧距A为L/2处
FB
FA
FA>FB -4Q
FA FB
FA
FB
+Q FA=F B
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
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
B、C位于等边三角形的三个顶点
上，小球D位于三角形的中心，如
下图所示．现让小球A、B、C带 等量的正电荷Q，让小球D带负电
解析：以小球 A 为研究对象，
荷q，四个小球均处于静止状态， 设三角形边长为 L，由库仑定律及
则Q与q的比值为( D )
力的平衡知识得kLQ22· 3＝kLQq2，解
3
A.13
FCA FBA
k
qC qA r12
k
qBqA r2 2
qC qB
r12 r2 2
r1 r2时，qC qB 中间电荷靠近两侧电荷量较小的那一个
r2 r1时，qB qC
例：两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示A处
电荷带正电Q1，B处电荷带负电Q2，且Q2=4Q1，另取一个可以自 由移动的点电荷Q3放在AB直线上．欲使整个系统处于平衡状态， 则：
r12
qB (r1 r2 )2
两侧电荷量大，中间是电荷量小
qA
r12
qB qA
FAB FCB
k
qAqB r2 2
k
qC qB (r1 r2 )2
qC qA
(r1 r2 )2 r2 2
qC qA
C qc
r1
A
qA
r2
B qB
结论三： 近小远大
A
FCA
FBA
问题三：r1、r2与B、C的电量关系？
静电力
产生原因 物体具有质量
物体带电
影响因素
m1、m2、r
Q1、Q2、r
遵循规律 启示
万有引力定律
库仑定律
F
G
m1m2 r2
F k Q1Q2 r2
自然界既具有多样性，又具有统一性
1.关于点电荷的概念,下列说法正确的是( C ) A.只有体积很小的带电体才能看作点电荷
B.体积很大的带电体一定不能看作点电荷
C
A．l＋25kk0ql22 C．l－45kk0ql22
解析： 对最右边的小球受力分析可
知，小球受到另外两个带电小球对它向右的
B．l－kk0ql22 D．l－25kk0ql22
库仑力，大小分别为 F1＝k2ql22和 F2＝klq22，
由力的平衡可知弹簧弹力的大小 F＝F1＋ F2＝54klq22；故弹簧的伸长量为 Δl＝kF0＝45kk0ql22， 所以选 C.