人教版物理必修第三册第9章《静电场及其应用》第2节《库仑定律》教学ppt

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[探究归纳] 1.库仑力的确定方法
(1)大小计算：利用库仑定律计算静电力大小时，不必将表示电性的正、负号代 入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。 (2)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。 2.两个点电荷间的库仑力 (1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个电荷的电荷量及间距有 关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关。 (2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，与两个电荷的性质、带电多 少均无关，即作用力与反作用力总是等大反向。
__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，可将带电体看作 __带__电__的__点____，即为点电荷。
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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上。 (2)表达式：F＝kqr1q2 2，k＝_9_.0_×___1_0_9 _N_·_m__2/_C_2_，叫作静电力常量。 (3)适用条件：真空中的_点__电__荷___。
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(2)如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球的带电荷 量为 q1′＝q2′＝4.8×10－16－2 3.2×10－16 C＝8×10－17 C，两个电荷之间的斥力为 F1 ＝kq1r′2q2′＝5.76×10－21 N。 (3)由于两球不同，分开后分配电荷的电荷量将不相等，且无法知道电荷量的大 小，也就无法求出两球间的作用力。 答案 (1)1.38×10－19 N 引力 (2)5.76×10－21 N 斥力 (3)不能
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3.两个带电球体间的库仑力 (1)两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，也适用库仑定律， 球心间的距离就是二者的距离。 (2)两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时两带电球体之间 的作用距离会随所带电荷量的改变而改变，即电荷的分布会发生改变。若带同种 电荷时，如图(a)，由于排斥而距离变大，此时 F＜kqr1q2 2；若带异种电荷时，如图 (b)，由于吸引而距离变小，此时 F＞kqr1q2 2。
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核心要点 库仑力的叠加 [观察探究]
如图，已知空间中存在三个点电荷A、B、C，请思考： (1)A对C的库仑力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？ (2)如何求A、B对C的作用力？
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[探究归纳] 1.对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有
点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和。 2.电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则。
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知识点一 探究影响电荷间相互作用力的因素 [观图助学]
小明同学用图中的装置探究影响电荷间相互作用力的因素。 带电小球A、B之间的距离越近，摆角θ越大，这说明它们之间 的库仑力越大。
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1.实验原理：如图所示，小球B受Q的斥力，丝线偏离竖直方向。 F＝___m__g_ta_n__θ___，θ变大，F___变__大___。
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特别提醒 两个电荷间的距离r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，所以违背了库仑 定律的适用条件，不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力，因此不能 认为F→∞。
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[试题案例] [例2] A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固
定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，Q所受到的静 电力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，Q所受静电力为 ()
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2.控制变量法 探究某一物理量与其他两个物理量的关系时，应先控制一个量不变，来研究另 外两个量之间的关系，然后再控制另一个量不变，研究其他两个量之间的关系， 最后总结出要研究的各个量之间的关系，这种控制变量研究其他量关系的方法 叫控制变量法。
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3.实验现象 (1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度__越__小___。 (2)小球处于同一位置时 ， 小球所带的电荷量越大 ，丝线偏离竖直方向的角度 __越__大____。
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[针对训练1] (多选)关于点电荷，下列说法正确的是( ) A.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 B.点电荷是一种理想模型 C.点电荷的最小带电荷量等于元电荷 D.球形带电体都可以看作点电荷 解析 点电荷是一种物理模型，实际中并不存在，选项B正确；一个带电体能否 看成点电荷，不是看它的大小和形状，而是看它的大小和形状对所研究的问题的 影响是否可以忽略不计，若可以忽略不计，则它就可以看作点电荷，否则就不能 看作点电荷，选项A、D错误；所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，选项 C正确。 答案 BC
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核心要点 对库仑定律的理解
[观察探究] 如图所示，一带正电的物体位于M处，用绝缘丝线系上带正电的相 同的小球，分别挂在P1、P2、P3的位置，可观察到小球在不同位置 时丝线偏离竖直方向的角度不同。此实验得出的结论是什么？ 答案 在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量 的方法进行，如本实验，根据小球的偏角可以看出小球所受作用 力逐渐减小，由于没有改变电性和电荷量，不能研究电荷之间作 用力和电性、电荷量关系，故得出的实验结论是：电荷之间作用 力的大小与两电荷间的距离有关。
第2节 库仑定律
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物理观念
科学思维
科学探究
核心素养
1.通过抽象概括建立点 电荷这种理想化模型。 1.知道点电荷的概念。 2.进一步了解控制变量 2.理解库仑定律的内容、 法在实验中的作用。 公式及适用条件。 3.会用库仑定律进行有 关的计算。
经历探究实验过 程，得出电荷间 作用力与电荷量 及电荷间距离的 定性关系。
A.－F2
B.F2
C.－F
D.F
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思路点拨 解答本题应注意以下三点 (1)静电力与电荷量大小的关系； (2)静电力与点电荷间距的关系； (3)静电力的方向规定。
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解析 在 A 处放电荷量为＋q 的点电荷时，Q 所受静电力大小为 F＝krQ2ABq；在 C 处放一电荷量为－2q 的点电荷时，Q 所受静电力大小为 F′＝kQr2B·C2q＝（22krAQBq）2＝ 2krQ2AqB＝F2。且不管电荷 Q 是正还是负，两种情况下，Q 受力方向相同，故选项 B 正确，A、C、D 错误。 答案 B
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2.实验步骤 (1)改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与__距__离__r__的 关系。 (2) 改 变 A 和 C 的 带 电 荷 量 ， 记 录 每 次 悬 丝 扭 转 的 角 度 ， 便 可 找 出 力 F 与 __带__电__荷__量__q__之间的关系。
3.实验结论 (1)力F与距离r的二次方成反比，即____F_∝__r1_2 ____。 (2)力F与q1和q2的乘积成正比，即___F__∝__q_1q_2___。
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[观图助学]
知识点二 库仑定律
观察上图，说出同种电荷和异种电荷之间的作用力的特点，试猜想：电荷与电 荷之间的作用力与哪些因素有关？满足什么规律呢？
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1.库仑力：电荷间的___相__互__作__用__力_____，也叫作静电力。 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___状___ 、
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[试题案例] [例3] 如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14 C和
Q2＝－2×10－14 C。在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝ BC＝6×10－2 m。如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑 力的大小和方向如何？ 解析 电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、 FB， 如图所示。
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[探究归纳] 1.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.带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论。如果
带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此 时带电体就可以看成点电荷。
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温馨提示 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、大小及 电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响很小时，就可以忽略形状、大小等 次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样处理会使问题大为简化， 对结果又没有太大的影响，这是物理学上经常用到的方法。
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方法总结 应用库仑定律应注意的事项 (1)虽然库仑定律的适用条件是在真空中，但在空气中也可以用该公式进行计算。 (2)单位必须用国际单位，才有静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2。
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[针对训练2] 甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有 3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径 均远小于10 cm。(结果保留3位有效数字) (1)试求两球之间的静电力的大小，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？ 解析 (1)因为两球的半径都远小于 10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑。由库 仑定律有 F＝k|qr1q2 2|＝9.0×109×4.8×10－160×.123.2×10－16 N≈1.38×10－19 N。两球 带异种电荷，它们之间的作用力是引力。
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[观图助学]
知识点三 库仑的实验
库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤，观察上图，猜想：库仑扭秤的巧妙体现在 何处？
13Leabharlann 1.实验装置：库仑做实验用的装置叫作__库__仑__扭__秤____。如图所示，细银丝的下端悬挂 一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与 A使绝缘棒平衡。当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间 的作用力使悬丝__扭__转____，通过悬丝扭转的___角__度___可以比较力的大小。