2019-2020人教版物理选修3-1教师文档含习题：第一章 第2节 库仑定律

第2节　库仑定律

1．了解探究电荷间作用力与电荷量、电荷间距离的关系的实验过程。

2．知道点电荷的概念。

3．理解库仑定律的内容、公式及适用条件，会用库仑定律进行有关的计算。

4．了解库仑扭秤实验。

1.库仑力：电荷间的相互作用力，也叫静电力。

□01 2．点电荷：带电体间的距离比自身的大小大得多，以致带电体的形□

02 □03 状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略时，可将带电体□04 看做带电的点，即为点电荷。

□05 3．库仑定律

(1)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□06 □07 上。

(2)表达式：F ＝k ，k 叫做静电力常量。□

08 q 1q 2r 2(3)适用条件：真空中的静止点电荷。

□09 (4)库仑扭秤实验测得静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2。

□10

(1)只有体积很小或电荷量很小的带电体才可以看做点电荷吗？

提示：不是。一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，与体积大小和电荷量大小无关。

(2)点电荷就是元电荷吗？

提示：不是。点电荷是一种理想化的物理模型，元电荷是最小电荷量。

(1)库仑力的大小与电性没有关系。( )

(2)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑

力大小一定相等。( )

(3)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算库仑力的大小。( )

提示：(1)√

(2)√

(3)×　因为当r→0时两带电小球已不能看成点电荷，库仑定律已不再成立。

课堂任务　库仑定律

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

M是一个带正电的物体，丝线上所系的小球带正电。

活动1：图中在不同距离时小球偏转角度有何不同，说明了什么？

提示：对丝线上的小球受力分析，如图所示，

由共点力平衡得：F＝mg tanθ，θ变大，F变大；θ变小，F变小。距离越近，悬线偏角越大，距离越远，悬线偏角越小，说明了电荷之间的作用力与距

离有关，随距离的增大而减小。

活动2：用一个不带电的绝缘小球与位置P1的小球接触一下(或接触M)移

开，观察到什么现象？说明了什么？

提示：不管接触位置P 1的小球还是接触M 之后，都会发现P 1处的悬线偏角减小。因为接触带电使得接触后的带电物体电荷量减少，说明了电荷之间的作用力与电荷量有关，而且两个电荷的电荷量越大力越大，反之力越小。

活动3：库仑通过扭秤实验进一步发现F ∝，F ∝q 1q 2，试写出电荷之间1

r 2作用力的数量关系。

提示：由实验结果可知F ∝，设k 为比例系数，则F ＝k 。

q 1q 2

r 2q 1q 2r 2活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

(1)库仑定律

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。用公式表达即

为F ＝k 。

q 1q 2

r 2②库仑定律适用条件

a ．真空中；b.静止；c.点电荷。

以上三个条件是理想化的，在空气中、速度远小于光速、带电体可看做点电荷时库仑定律也近似成立。

③静电力的确定方法

静电力的大小计算和方向判断一般分开进行。

a ．大小计算：利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q 1、q 2的绝对值即可。

b ．方向判断：利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断。

(2)点电荷

①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。

②带电体看成点电荷的条件

一个带电体能否看成点电荷，要看带电体的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响是否可以忽略不计，如果可以忽略不计，则带电体就可以看成点电荷。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离足够大，也可以视为点电荷。

③易混淆的几个概念

比较项

点电荷元电荷小带电体概念

忽略了大小、形状、电荷分布状况，只考虑电荷量的带电体电子或质子所带的电荷量体积较小的带电物体实质

理想物理模型最小电荷量带电物体联系(1)点电荷、小带电体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍；(2)小带电

体在一定条件下可视为点电荷

例1　如图所示，两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 与b ，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l ，为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，两球电荷量的绝对值均为Q ，那么，a 、b 两球之间的万有引力F 引、库仑力F 库分别为( )

A ．F 引＝G ，F 库＝k m 2l 2Q 2

l 2

B ．F 引≠G ，F 库≠k m 2l 2Q 2

l 2

C ．F 引≠G ，F 库＝k m 2l 2Q 2

l 2

D ．F 引＝G ，F 库≠k m 2l 2Q 2

l 2

(1)a 、b 球壳可以看成点电荷吗？

提示：不可以，因为两球心间的距离只有球半径的3倍，球壳本身的大小相对于两球之间的距离不能忽略。

(2)万有引力定律在物体距离很近的时候也可以使用吗？库仑定律可以类推过来吗？

提示：万有引力定律在物体距离很近的时候也可以使用，即使两物体紧挨一起也能使用，只是此时两物体间的距离并不为零而是两质心间的距离。库仑定律则不能类推，因为电荷的位置会变，两质心间的距离未必就是两物体电荷