真空中静止点电荷相互作用规律 库仑定律

真空中静止点电荷相互作用规律库仑定律作者：崔洪梅

来源：《新教育时代》2014年第28期

生活学习典型题例

[生活情境]

电与我们的生活息息相关，电荷在我们的日常生活和学习中也经常接触。

玻璃棒与丝绸摩擦后，玻璃棒可以吸引小纸屑，丝绸也同样可以吸引纸屑；夜晚，我们脱掉毛衣时，会有点火花；地毯中有细铁丝等等。

下面让我们尝试一下静电触电的滋味

把塑料飞盘用洗净、晒干；再准备一块圆形铁片，大小比飞盘略小，在其中打一小孔，用20厘米长的丝线穿过小孔将它拴住，用一块干燥的毛皮用力摩擦圆盘的内侧，然后迅速拿开，再用手提着丝线的一端，将铁片放入圆盘内，这样圆盘上的电荷将聚集到铁片上，用手指去靠近铁片时，会有微麻的感觉，同时还可看到电火花和听见放电响声。

[问题]

为什么与丝绸摩擦后的玻璃棒会吸引小纸屑呢？夜晚，我们脱掉毛衣时，会有点火花呢？地毯在生产中为什么要填加细铁丝呢？而与丝绸摩擦过的两根玻璃棒靠近时会相互排斥，而当这样的玻璃棒同与毛皮摩擦过的橡胶棒靠近时它们会相互吸引？带电的橡胶棒与验电器接触和靠近时，验电器的金属箔片会张开一定角度，为什么？它们之间的相互作用又符合什么样的规律呢？

[解析]

1、摩擦起电

学生实验1：先用玻璃棒、橡胶棒靠近碎纸屑，看有什么现象？然后用绸子摩擦玻璃棒或用毛皮摩擦橡胶棒，再靠近碎纸屑看有什么现象？让学生分析两次实验现象的异同；并分析原因.

教师总结：摩擦过的物体性质有了变化，能够吸引轻小物体，我们说此时物体带了电，而用摩擦的方法使物体带电就叫做摩擦起电.

人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象.在东汉初年就有了带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载。

2、两种电荷

学生实验2：将学生分组.

实验器材有：玻璃棒、橡胶棒各两根；毛皮、绸子各两块；支架；

为了避免实验中电荷的流失，最好两名同学同时进行操作，

（1）、两位同学同时都用绸子摩擦玻璃棒，使它带电，将一根放在支座上，注意：要记住哪端带电，不要用手摸带电的一端，用另一根玻璃棒的带电端靠近这根玻璃棒的带电端，观察发生的现象；

（2）、用毛皮摩擦橡胶棒，重做刚才的实验；

（3）、用绸子摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒，做刚才的实验.

将实验结果记录下来；教师通过媒体动画可控再现实验现象，并将学生观察到的实验结论总结，引导学生分析这些实验现象中能发现什么？

教师总结：在历史上，人们用各种各样的材料做了大量的实验，人们发现带电物体凡是跟绸子摩擦过的玻璃棒互相吸引的，必定跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相排斥；凡是跟毛皮摩擦过的橡胶棒互相吸引的，必定跟绸子摩擦过的玻璃棒互相排斥.就是说物体带的电荷要么跟绸子摩擦过的玻璃棒所带电荷相同，要么跟毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷相同，没有第三种可能，自然界中只有这样两种电荷，

美国科学家富兰克林对这两种电荷做出规定：绸子摩擦过的玻璃棒所带电荷叫做正电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷叫做负电荷.

3、电荷之间的相互作用：

设问：在先前实验的基础上，讨论电荷之间的作用力与电荷之间距离的关系，电荷之间距离与电量、电荷之间作用力的定性关系。

猜想：与带电体的电量有关，与带电体之间的距离有关，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

实验：可以参考媒体资源及相关演示实验

分析：定性研究几个物理量之间的关系，在理解点电荷的定义之后便可以得出库仑定律的内容，进而给出库伦定律的公式。

结论：

库仑定律内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟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.

电荷间相互作用的力F叫做静电力或库仑力

库仑定律表达式：F=kQ1Q2/r2 k=9.0×109N·m2/C2

方向：同性相斥，异性相吸.

适用条件：⑴.真空⑵.点电荷

注意：

①任意两个电荷间都存在一对库仑力。

②任何两个电荷之间的相互作用都满足库仑定律表达式。

③任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力。

④几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则。

[指导]

1、电荷是物质的一种固有属性.电荷有两种：正电荷和负电荷.物体由于摩擦、加热、射线照射、化学变化等原因，失去部分电子时物体带正电，获得部分电子时物体带负电.带有多余正电荷或负电荷的物体叫做带电体，习惯上有时把带电体叫做电荷.

2、点电荷是没有大小的带电体，是一种理想模型.实际的带电体（包括电子、质子等）都有一定大小，它们都不是点电荷.当电荷间距离大到可以认为电荷大小、形状不起什么作用时，可将电荷看成点电荷.

3、使物体带电的方法及其实质：

（1）摩擦起电 [实质：自由电子在物体间的转移]

（2）感应起电 [实质：电荷在一个物体上的转移]

（3）接触带电 [实质：自由电子在物体间的转移]

4、所有带电体的电荷量或者等于电荷量e或者是电荷量e的整数倍.

电荷量e ，指电子（或质子）所带的电荷量，叫元电荷. e=1.60×10-19C

5、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变.

生活学习链接

[试一试]

1、绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜.在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示.现使b带电，则（）

A、a、b之间不发生相互作用

B、b将吸引a，吸住后不放开

C、b立即把a排斥开

D、b先吸引a，接触后又把a排斥开

解析：由于带电体具有吸引轻小物体的性质，所以b首先将其近旁的轻质小球a吸引并使之互相接触，a、b接触后将带上同种电荷，由于同种电荷互相排斥，故最终b又把a排斥开.综上所述，选D.

[读一读]

本部分内容的核心是库仑定律，他是静电学的第一个实验定律，是定量描述点电荷间的相互作用的关系的规律，是学习电场强度的基础.

1、对于电荷之间相互作用力的定量规律，可以让学生先有一个定性的概念，可以通过实验让同学观察讨论并总结.

2、对于库仑定律需要强调的是：

（1）、书中的库仑定律仅适用于计算在真空中两个点电荷的相互作用力，在干燥的空气中也近似成立，而在其它电介质中使用该定律需要增加条件.