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)

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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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
q3 +
F2
F1 F
一个点电荷所受的静电力
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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
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）两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。
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（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。
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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
•库仑定律
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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。
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（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？
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
F
=
k
q1q2 r2
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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
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=
6.7
×1
0-1
1
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。
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(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。
（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。
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
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。
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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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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。
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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。
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【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 +
（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
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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
根据平行四边形定则可得
F ＝ 2F1cos 30°＝ 0.25 N
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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。