第一章静电场第二节探究静电力

A.保持不变； B.先变大后变小；
C.逐渐减小； D.逐渐增大。
力的矢量三角形 与 几何三角形相似
T GF Lh r
T L G（定值） F r G
h
h
L
hT F
r
G
A
例题3：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边
三角形的三个顶点上，每个点电荷电荷量都是+2×10-6 C,
求：Q3所受的库仑力。
例 6库伦定律作用的空间尺度：原子尺度-日常距离
氢原子核外电子在原子核的库仑引力作用下绕核
做匀速圆周运动，设电子运动的轨道半径为r，求：
电子运动的 （1）周期；
F 。-e
（2）动能。
+e +
库仑力提供向心力：k e2 r2
m v2 r
•注意：圆周运动应考虑
T 2r
e
mr k
, Ek
k e2 2r
5、库仑定律的应用 例题1 (P7)（比较静电力和万有引力）
说明： （建议采用不带符号运算的方法）
1.利用库仑定律时，对电量的正、负及相应的力方向的判断通常有 两种做法： （1）不带符号运算：先代入电量的绝对值计算出力的大小，然后 再根据两个作用电荷的电性判断作用力的方向； （2）带符号运算：代入电量的正、负值后，当求出的力F为正值
物理选修3-1
物理选修3-1
第一章 静电场
第二节 探究静电力
一、人类对“电力”研究的历程
18世纪以前的二千多年间人类对电的认识仅处定性阶段 定量研究“电力”的困难: ➢带电体上电荷分布难以确定 ➢“电力”很小，缺乏测量工具 ➢当时没有量度电荷的单位，也无法确定电荷的电量 科学家的推测: 电力与距离的平方成反比(受“万有引 力定律”的启发)
•k值的意义：表示两个带单位电量1C的点电荷在真空 中相距单位距离1m时,相互间的静电力为9.0×109N.
【定律成立条Байду номын сангаас】 （1）真空中
（2）点电荷
讨论与交流
1、根据库仑定律，点电荷间相互作用的静 电力F与距离r的平方成反比。因此，当两点 电荷之间的距离r趋于零时，电荷间的静电 力F趋于无穷大。你认为这个观点对吗？
r减小时，F 增大
电荷间的相互作用力F 随电荷量的增大而增大， 随距离的增大而减小
二、点电荷——理想化（带电）模型
【思考】
力学中的“质点”是怎么定义？怎样的物体可以当作质 点？带电体在什么情况下可以视为点电荷？
如果带电体间的距离比起它们自身的大小(几何线度)大得 多,以至于带电体的形状、大小和电荷分布对带电体间的相互 作用的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作点电荷
例题3
两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 任何带电体都可以看出由许多点电荷组成。
•库仑力的叠加：利用“力的平行四边形定则”处理 多电荷之间的相互作用力的叠加问题。
例 4 变与不变
F’ = 2F
1、带电量分别为+4q和-2q的两个完全相同的金属小 球A、B相距r时的作用力为 F，现让两球接触后分开 于相距r/4处，则此时的作用力 F’ = F。
C
例5
如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两个点电荷 A、B相距L。求在何处放一个什么性质的电荷，才可以 使三个电荷都处于平衡状态？该电荷的电荷量是多少？
A
B
•答案：在AB之间距A为L/3处放一个电量为4q/9的负电荷 •变化：如果A的电量改为-q，结果又如何？
方法小结：（认真体会） 三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大
时即为斥力；当求出的力F为负值时即为引力；
2.研究带电体在电场中受力或运动时何时可忽略重力的问题： 1) 微观粒子(电子、原子、分子、离子等)通常忽略重力； 2) 题目具体说明; 3) 需要判断，当重力远小于电场力或其它力时）
例2
AC
D:真空中的电荷若不是点电荷，由于同种电荷相互排斥影响 电荷分布，实际距离增大；由于异种电荷相互吸引，实际距 离减小。
法国科学家库仑通过实验总结出静电力规律规律: 库伦定律——使人类对电的研究进入了定量阶段
实验探究：影响电荷间相互作用力的因素
演示实验（采用了控制变量法） 实验结论： 1. r 一定时，F与电荷量q的关系： q减小时，F 减小 2. r 一定时，F与电荷量Q的关系： Q减小时，F 减小
r增大时，F 减小 3. 电荷量q不变时，F与r的关系：
1.受力情况；2.向心力；3.圆心；4.半径
例 7 库仑力是力的外延
在光滑的绝缘水平面上固定着A、 FB
B、C三个带电小球 ，他们的质量 为m,间距为r，A、B带正电，电量
A
r FC C F
为q。现对C施一水平力F的同时，
B
放开三个小球，欲使三个小球在运
动过程中保持间距r不变，求：
（1）C球的电性和电量；
理想化的方法：
忽略了次要因素：大小、形状及电荷分布难以确定的影响； 突出了主要因素：作用力与距离及电荷量的关系。
三、库仑定律
【内容】 在真空中两个点电荷之间的作用力，跟它
们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的
距离的二次方成反比。
【公式】
F
k
q1q2 r2
k值有何物理意义？
【静电力常量】 k 9.0109 N m2 /C2
(1)C球带负电，电量为q 2q；
（2）水平力F的大小。
（２） Ｆ＝３ ３ｋq2 r2
例8
如图所示竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的质点A，Q正上方
的P点用丝线悬挂另一质点B， A、B两质点因为带电而相互排斥，
致使悬线与竖直方向成θ角，由于漏电使A、B两质点的带电量逐
渐缓慢减小。在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力大小：
当r趋于零时，任何带电体都不能看作点电 荷，则库仑定律也就不再适用。
四、库仑扭秤实验
完成于1785年
（1）构造和实验原理（过程）：
（2）实验数据：
A、B球距
36个刻度 18个刻度 8.5个刻度
距离比 扭秤转角
1
36º
1/2
144 º
1/4 575.5 º
转角比
1 4 16
库仑扭秤实验的巧妙之处主要有两点： 1.进行了微小量的放大（光放大测扭角）； 2.采用对称原理等分电量解决了当时电量无法测量的难题。
解：Q3共受F1和F2两个力的作用，Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离 r 都相同,
所以
Q1
F1
F2
k
Q2 r2
=
9.0 10 9 2 10 6 0.52
2
N
=0.144 N
根据平行四边形定则，合力是:
Q2
F2 Q3
30° F
F1
F 2F1 cos30 0.25 N