人教版高中物理必修3第9章第2节库仑定律课件(共33张PPT)

新知讲解
1.库仑定律内容 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。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力 叫作静电力或库仑力。 2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。
新知讲解
说明：实际上对空气中两个静止点电荷，或运动速度不大的两个点 电荷也可以用库仑定律它们的静电力。
新知讲解
3.静电力的叠加原理 （1）如果存在两个以上点电荷，那么，每个点电荷都要受到其 他所有点电荷对它的作用力。两个点电荷之间的作用力不会因第 三个点电荷的存在而有所改变。
（2）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。
新知讲解
说明：库仑定律是电磁学的基本定律之一。库仑定律给出的虽然是 点电荷之间的静电力，但是任何一个带电体都可以看成是由许多点 电荷组成的。所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律 就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向。 例如：均匀带电球、均匀带电球壳：对球外空间的点电荷作用， 可以等效为电荷集中在球心的点电荷，再用库仑定律求力。
C．随着电荷间距离的增大而减小
D．与电荷间距离的平方成反比
课堂练习
5. 如图所示，O是一个放置在绝缘支架上的带电小球，P是用绝缘 丝线悬挂的另一带电小球。由于它们之间存在相互作用，P静止时 悬线与竖直方向成一夹角：现将带电小球O向右移动少许，使O、 P间距离减小，当小球P再次静止时，与原来状态比较，悬线与竖 直方向的夹角（ A ） A．增大 B．减小 C．没有变化 D．如何变化不能确定
30°
30° 2
D．小球1带负电，重力为Kq2/3L2
拓展提高
3.两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球（可看成点电 荷），其中一个球的带电量的绝对值是另一个的5倍，当它们静 止于空间某两点时，静电力大小为F。现将两球接触后再放回原 处，则它们间静电力的大小可能为（BD ） A．7/5 F B．4/5 F C．11/5 F D．9/5 F
新知讲解
【例题2】真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为 50 cm
的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是 2.0×10 -6 C，
求它们各自所受的静电力。
q1
+
分析：根据题意作图。每个点电荷都
受到其他两个点电荷的斥力，因此， 只要求出一个点电荷（例如 q3 ）所 受的力即可。
q2 +
电量大小为Q的金属小球1连接，另一带正电、带电量也为Q的金属小球2固定
在绝缘水平面上。平衡后，轻杆与水平面夹角为30°，小球1、2间的连线与水
平面间的夹角也为30°．则关于小球1的说法正确的是（已知静电力常量为k）
（A ） 1
A．小球1带正电，重力为Kq2/L2
B．小球1带负电，重力为Kq2/L2 C．小球1带正电，重力为Kq2/3L2
课堂总结
1.库仑定律的表达式
F
=
k
q1q2 r2
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / C
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸
2.适用条件 ：适用于真空中的两个静止的点电荷。
3.静电力的叠加原理
（1）两个点电荷之Fra Baidu bibliotek的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。
新知讲解
实验结论
（1）保持A、C电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝1/r2
（2）保持A、C之间距离不变时，F与 q1、q2 的乘积成正比 F∝ q1q2
综合上述实验结论，可以得到如下关系式：
2.库仑定律的表达式：
F
=
k
q1q2 r2
F
=
k
q1q2 r2
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。
新知讲解
二、库仑的实验 1.库仑的实验
实验装置 库仑的实验装置：库仑扭秤 器材组成 细银丝、绝缘架、带电的金属小 球A和C、不带电的小球B
刻度盘与 指针
细银丝
带电小 球C
平衡 小球B
带电小 球A
库仑扭秤
新知讲解
实验原理：A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度 来比较力的大小。 实验方法：控制变量法 实验步骤（1）探究F与r的关系 ①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的 一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平 衡，悬丝处于自然状态。
参考答案：从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，这种 看法是错误的。因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定 律及其公式也就不再适用了。
新知讲解
三、静电力计算
库仑是一个非常大的电荷量单位根据库仑定律
F
=
k
q1q2 r2
，两
个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距1m 时，相互作用力是
（1.6 ×
7×1 0-27）×（9.1 ×1 （5.3 ×10-11）2
0-3
1） N
= 3.6 ×10-47N
F库 = 2.3 ×1039 F引
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的 2.3×1039 倍。可见，微
观粒子间的万有引力远小于库仑力。因此，在研究微观带电粒子的
相互作用时，可以把万有引力忽略。
q1q2 r2
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / C
（2）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。
板书设计
一、电荷之间的作用力 1.库仑定律内容 2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。 3.点电荷 二、库仑的实验 1.实验方法：控制变量法
板书设计
2.库仑定律的表达式
F
=
k
q3 +
F2
F1 F
一个点电荷所受的静电力
新知讲解
解:根据库仑定律，点电荷 q3 共受到 F1 和 F2 两个力的作用。其中 q1 ＝ q2 ＝ q3 ＝ q 每两个点电荷之间的距离 r 都相同，所以
F1
= F2
=k
q2 r2
=
9.0 ×109 ×（2.0 ×10-6）2 0.52
N = 0.144N
3.点电荷 (1)当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的 形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略 时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。
新知讲解
(2)点电荷是理想化的物理模型 点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的 质点，实际中并不存在。 (3)点电荷只具有相对意义 点电荷是一个相对的概念，一个带电体能否看作点电荷，是相对于 具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定。 从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为 点电荷。
F
=
k
q1q2 r2
新知讲解
解：根据库仑定律，它们之间的静电力
F库
=k
q1q2 r2
=
9.0
×1
09
（1.6 ×
×10-19）×（1.6 ×1 （5.3 ×10-11）2
0-1
9） N
= 8.2 ×10-8 N
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
F引
=
G
m1m2 r2
新知讲解
=
6.7
×1
0-1
1
新知讲解
②把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C 带同种电荷。 ③将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转 悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力 的大小。 ④保持A、C的电量不变，改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭 转的角度，就可以找到力F与距离r的关系。
新知讲解
（2）探究F与q的关系
①使一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触， 前者的电荷量就会分给后者一半。多次重复，可以把带电小球的电荷 量q分为 q2，q4，q8 ······
②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变A、C的电量q1、q2， 记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
新知讲解
（3）在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛
顿（N），距离的单位是米（m）。通过实验测定 k 的数值是
k＝9.0×109 N·m2 / C
思考讨论：有人根据
F
=
k
q1q2 r2
推出当r→0时，F→∞，你认为他
的说法正确吗？
新知讲解
【例题 1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10 -11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。 分析： 氢原子核与质子所带的电荷量相同，是 1.6×10 -19 C。电子 带负电，所带的电荷量也是 1.6×10 -19 C。质子质量为 1.67×10 -27 kg，电子质量为 9.1×10 -31 kg。根据库仑定律和万有引力定律就 可以求解。
9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！
通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库
仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达
几百库仑。
新知讲解
1.库仑定律的应用 库仑定律既可以计算库仑力的大小，还可以判断库仑力的方 向。当带电体带负电荷时，不必将负号代人公式中，只将电 荷量的绝对值代入公式算出力的大小，再依据同种电荷相互 排斥、异种电荷相互吸引来判断方向。
新知讲解
2.固定的A、B两个点电荷都带负电，相距10cm，今将第三个点电 荷C放在A、B之间连线上距A为2cm，C恰好处于静止状态，则A、 B两点电荷电量之比QA:QB =__1_:_1_6_。 3.真空中有两个静止的点电荷，若保持它们之间的距离不变，而把 它们的电荷量都变为原来的3倍，则两电荷间的库仑力将变为原来 的( C ) A．7倍 B．8倍 C．9倍 D．10倍
新知讲解
4．某同学为了探究影响电荷间相互作用力的因素，进行了以下的实验
:M是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正电的轻质小球先后挂在P1
、P2、P3位置，发现丝线偏离竖直方向的角度逐渐变小，这个实验结果
说明电荷之间的作用力（ C ） A．随着电荷量的增大而增大 B．与两电荷量的乘积成正比
P1 P2 P3 M
实验结论：通过上面的实验可以看到 ，电荷之间的作用力随着电荷量的增 大而增大，随着距离的增大而减小。
新知讲解
思考：电荷之间的作用力会不会与万有引力
F
=
G
m1m2 r2
具有相似的
形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力， 会不会与它们电荷量
的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。 定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。他设计 了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作用力开展研究。 库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。
拓展提高
1.有两个完全相同的金属小球A和B(它们的大小可忽略不计)，分别 带电荷量q和5q，当它们在真空中相距一定距离时，A球对B球的斥 力为F，若用绝缘手柄移动这两个小球，使它们相接触后分别再放 回原处，则它们间的作用力变为（ B ） A．F B．1.8F C．3F D．6F
拓展提高
2.如图所示，绝缘轻杆长为L，一端通过铰链固定在绝缘水平面，另一端与带
•库仑定律
新知讲解
一、电荷之间的作用力 演示实验 探究影响电荷间相互作用力的因素
实验器材：带正电的带电体A、丝线、带正电的小球、铁架台
实验步骤：（1）带正电的带电体
A置于铁架台旁，把系在丝线上带
正电的小球先后挂在P1 、P2 、P3
+
等位置。
新知讲解
（2）带电体A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？ （3）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样 变化？ 电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
根据平行四边形定则可得
F ＝ 2F1cos 30°＝ 0.25 N
新知讲解
点电荷 q3 所受的合力 F 的方向为 q1 与 q2 连线的垂直平分线 向外。 每个点电荷所受的静电力的大小相等，数值均为 0.25 N，方 向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。
课堂练习
1.“点电荷”是指__当__带__电__体__本__身__的__大__小__和__形__状__对__带__电__体__间__的__作__用__力__ _影__响__可__忽__略__不__计__时___是一种理想化模型。库仑定律是电磁学的基本定 律之一，可表述为：真空中两个静止_点__电__荷___之间的相互作用力，跟 它们电荷量的乘积成_正___比，跟它们距离的二次方成__反___比，作用 力的方向在它们的__连_线_____上。