第2课时 库仑定律

第2课时 库仑定律

教材分析

本节内容的核心是库仑定律，它不仅是电磁学的基本定律，也是物理学的基本定律之一．库仑定律阐述了带电体相互作用的规律，为整个电磁学奠定了基础．库仑定律的表达式在形式上与万有引力定律表达式极为相似，可以对比万有引力定律研究库仑定律．库仑力作用下的带电体平衡问题是本节的难点． 教学要求

1. 通过演示实验，定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少和电荷之间距离大小的关系．

2. 明确点电荷是个理想模型，知道带电体简化为点电荷的条件，感悟科学研究中建立理想模型的重要意义．

3. 知道库仑定律的文字表述及其公式表达，通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性和统一性．

4. 了解库仑扭秤实验． 教学过程

探究实验导入→展示库仑定律建立的历史背景⎩⎪⎨

⎪⎧⎭

⎪⎬⎪

⎫类比法的作用库仑实验→库仑定律的内容与表达式→应用→巩固练习． 新课导入

1. 提问：自然界中的两种电荷及其相互作用规律．

2. 探究实验：电荷间的相互作用与哪些因素有关． 温故知新

1. 电荷间存在作用力：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，电荷间的相互作用力是一对作用力和反作用力．

2. 理想化模型：在研究问题时为了对实际问题进行简化而先忽略一些无关因素或次要因素，只保留对问题起主要作用的因素进行研究的方法，如质点模型等． 新知梳理

1. 静电力与点电荷

(1) 静电力：________间的相互作用力，也叫库仑力． (2) 点电荷的特点

①带电体间的距离比它们自身的大小________；

②带电体的形状、大小及电荷分布对电荷间的________的影响可以忽略． 2. 库仑定律 (1) 库仑扭秤实验

①原理：通过悬丝________来确定静电力大小．

②控制变量法：探究电荷间作用力的大小跟距离的关系，保持电荷的电荷量不变，距离增大时，作

用力________，距离减小时，作用力________．

探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系，保持两个电荷之间的距离不变，电荷量增大时，作用力________，电荷量减小时，作用力________． (2) 库仑定律

①内容：真空中两个________之间的相互作用力，与它们电荷量的________成正比，与它们距离的________成反比，作用力的方向在________上．

②公式：库仑定律的公式________，式中k 叫做________，k 的数值为____________． (3) 静电力叠加原理

对于两个以上的点电荷，两个电荷间的作用力不受其他电荷影响．其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的________．

小试身手

1. 关于点电荷的下列说法中正确的是( )

A. 点电荷就是体积足够小的带电体

B. 点电荷是电荷量和体积都很小的带电体

C. 体积大的带电体一定不是点电荷

D. 当两个带电体的形状对它们间相互作用和影响可忽略不计时，这两个带电体可看做点电荷 2. 对于库仑定律的理解正确的是( ) A. 库仑定律适用于真空中的点电荷

B. 当半径为r 的两个带电小球相距为r 时，可用库仑定律计算它们之间的静电力

C. 在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定律计算

D. 任何条件下，两电荷间的静电力都可用库仑定律计算

3. 在真空中，两个点荷所带电荷量分别为q 1和q 2且相隔一定的距离，若将q 2增加为原来的2倍，再将两点电荷间的距离缩小为原来的一半，则前后两种情况下，两点电荷间的静电力之比为( ) A. 1∶4 B. 1∶8 C. 4∶1 D. 8∶1 探究讨论

有人根据F ＝k q 1q 2

r

2，推出r →0时(表示r 趋近于0)F →∞.你认为正确吗？

这种看法是错误的．从数学角度分析是正确，但从物理意义上分析，当r →0时两带电体的距离很小，就不能看做点电荷了，库仑定律也就不适用了. 讲练课堂 一、点电荷

1. 点电荷是只有电荷量，没有大小和形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，现实中并不存在．

2. 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和大小对相互作用力的影响很小，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物理量，这样处理对结果又没有太大的影响，因此是物理学上经常采用的方法

3. 一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．

4. 不能将点电荷和元电荷相混．

如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，

将它们固定于绝缘支架上，两球心间的距离l为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，其电

荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是()

A. F引＝G

m2

l2，F库＝k

Q2

l2 B. F引≠G

m2

l2，F库≠k

Q2

l2

C. F引≠G

m2

l2，F库＝k

Q2

l2 D. F引＝G

m2

l2，F库≠k

Q2

l2

点拨均匀的导体带电球壳可以看成是质点，但不能看成是点电荷.

反馈平台

1. 下列哪些物体可看做点电荷()

A. 电子和质子在任何情况下都可看做点电荷

B. 均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷

C. 带电的细杆在一定条件下可视为点电荷

D. 带电的金属球一定不能视为点电荷

二、库仑力及库仑定律

1. 库仑定律适用于真空中两静止点电荷间的相互作用．与周围是否存在其他电荷没有关系，对于不

能看成点电荷的带电体不能直接应用库仑定律求解．

2. 当多个点电荷同时存在时，每两个点电荷间的库仑力仍遵守库仑定律．某一点电荷同时受到多个

库仑力作用时，可利用力的平行四边形定则求出其合力．

3. 两个均匀带电体相距较远时可以视为点电荷，r应指两球体的球心之间的距离．

4. 两点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律．

如图所示，等边三角形ABC，边长为l，在顶点A、B处有等量异种点电荷

Q A、Q B，Q A＝＋Q，Q B＝－Q，求在顶点C处的点电荷Q C所受的静电力．

点拨(1)静电力合成与分解时遵守平行四边形法则．

(2)求静电力时要计算其大小还要确定力的方向．

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2. 如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点，a

和c带正电，b带负电，a所带电荷量比b小．已知c受到a和b的静电力的合

力可用图中四条有向线段的一条来表示，它应是()

A. F1

B. F2

C. F3

D. F 4

两个半径相同的金属小球，带电荷量之比为1∶7，相距为r，两者相互接触后再放回原来

的位置上，则相互作用力可能为原来的()

A.

4

7 B.

3

7 C.

9

7 D.

16

7

点拨在电性未知的情况下注意分别讨论.

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3. (改编题)如图所示，半径相同的两个金属小球A、B，带有相等的电荷量，相隔一定的距离，两球

之间的相互吸引力大小为F.今用第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、

B两个球接触后移开，这时，A、B两个球之间的相互作用力大小是()

A.

1

8

F B.

1

4

F C.

3

8F D.

3

4F

三、库仑力作用下的平衡问题

这类问题仍属力学范畴，只是带电体受的外力中多了一个库仑力而已．解这类题的一般步骤为：(1) 明

确研究对象；(2)将研究对象隔离开来，分析其所受全部外力；(3)根据平衡条件或牛顿第二定律列出

方程；(4)解方程求结果．

解题方法：整体法、隔离法和相似三角形法等方法都适用．

如图所示，相距为l的点电荷A、B的带电荷量分为＋4Q和－Q，要放入第三个点电荷C，

使三个点电荷在库仑力作用下都能处于平衡状态，试求C电荷的电荷量和放置的位置．

点拨处理此类题型应先分析各个电荷的受力方向，判断是否能平衡，从而找出大致位置．最后利

用平衡条件列方程求解得到具体位置．

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4. 如图所示，有三个点电荷A、B、C固定在同一直线上，B、C的距离为A、B距离的2倍，每个

点荷所受的静电力的合力均为零，因此可以判定，三个点电荷A、B、C所带电荷量之比q1∶q2∶q3

为()A. (－9)∶4∶(－36) B. 9∶4∶36 C. (－3)∶2∶(－6) D. 3∶2∶6

误区警示

在理解库仑定律时，相互作用的两点电荷之间的库仑力(静电力)的大小与某一

点电荷所带电荷量无关，与二者所带电荷量的乘积成正比．

【例】如图所示，质量分别为M、m，电荷量分别为Q、q的两个带电小球，

均处于平衡状态，且处在同一水平面上，α＜β，则()

A. M＜m

B. Q＞q

C. M＞m

D. Q＜q

错解BC

剖析对每个小球受力分析如图所示，因两球所受库仑力为一对作用力和反

作用力，大小相等，设为F，其大小关系与其所带电荷无关，故无法确定Q、

q的大小关系，故B、D错误．对两球应用平衡条件可得：Mg＝F cot α，mg＝

F cot β，所以

M

m

＝

cot α

cot β

＞1，M＞m，即C正确．正解 C