人教版（）高中物理必修3第9章第2节库仑定律 教案

人教版高中物理必修3第2节库仑定律教学设计
讲授新课一、电荷之间的作用力
演示实验：探究影响电荷间相互作用力的因素
实验器材：带正电的带电体A、丝线、带正电
的小球、铁架台
实验步骤：（1）带正电的带电体A置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。

（2）带电体A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？
（3）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
出示图片：库仑定律的演示动画
在学生总结的基础上教师总结
实验结论：通过上面的实验可以看到，电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。

思考：电荷之间的作用力会不会与万有引力
具有相似的形式呢？也就是说，电荷之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比？
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。

定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。

他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验），对电荷之间的作阅读课文说出
实验器材了解
实验步骤
观看库仑定律
的演示动画并
总结实验结论
学生思考
为掌握本实验做
铺垫
锻炼学生的观察
和总结能力
为下面的库仑定
律的内容理解记
忆打下基础
库仑的实验装置：库仑扭秤
器材组成
细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
出示图片：库仑扭秤
实验原理：A和C之间的作用力使悬丝扭转，
通过悬丝扭转的角度来比较力的大小。

实验方法：控制变量法
实验步骤（1）探究F与r的关系
①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。

再次出示库仑扭秤图片
②把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。

③将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。

扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。

④保持A、C的电量不变，改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F 与距离r的关系。

（2）探究F与q的关系
①使一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。

多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为······
②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变
A、C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系。

知识拓展阅读课文观察
库仑扭秤的组
成、原理、步
骤，了解实验
中应用的控制
变量法
为理解库仑的实
验打下基础
出示视频：用微量天平做库仑定律实验视频
实验结论
（1）保持A、C电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝1/r2
（2）保持A、C之间距离不变时，F与q1、q2的乘积成正比F∝q1q2
综合上述实验结论，可以得到如下关系式：
2.库仑定律的表达式：
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。

（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。

（3）在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m）。

通过实验测定k 的数值是
k＝9.0×109 N·m2 / C
思考讨论：有人根据推出当r→0时，F→∞，你认为他的说法正确吗？
参考答案：从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，这种看法是错误的。

因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用了。

三、静电力计算
库仑是一个非常大的电荷量单位根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距1m 时，相互作用力是9.0×109 N。

差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！
通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。

通过实验总结
实验结论
学生思考讨论
掌握库仑定律的
公式
加强对库仑定律
的理解
1.库仑定律的应用
库仑定律既可以计算库仑力的大小，还可以判断库仑力的方向。

当带电体带负电荷时，不必将负号代人公式中，只将电荷量的绝对值代入公式算出力的大小，再依据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断方向。

【例题1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10 -11 m。

试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。

分析氢原子核与质子所带的电荷量相同，是1.6×10 -19 C。

电子带负电，所带的电荷量也是
1.6×10 -19 C。

质子质量为1.67×10 -27 kg，电子质量为9.1×10 -31 kg。

根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。

解：根据库仑定律，它们之间的静电力
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×1039 倍。

可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力。

因此，在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。

2.静电力的叠加原理
（1）如果存在两个以上点电荷，那么，每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。

两在老师的引导
下学生分析计
算
规范学生的计算
步骤
个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存
在而有所改变。

（2）两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。

说明：库仑定律是电磁学的基本定律之一。

库仑定律给出的虽然是点电荷之间的静电力，但是任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的。

所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向。

例如：均匀带电球、均匀带电球壳：对球外空间的点电荷作用，可以等效为电荷集中在球心的点电荷，再用库仑定律求力。

【例题2】真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为50 cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是2.0×10 -6 C，求它们各自所受的静电力。

一个点电荷所受的静电力
分析：根据题意作图。

每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，因此，只要求出一个点电荷（例如q3 ）所受的力即可。

解:根据库仑定律，点电荷q3共受到F1和F2两个力的作用。

其中
q1＝q2＝q3＝q
每两个点电荷之间的距离r 都相同，所以阅读课文了解
静电力的叠加
原理
在老师的引导
下学生分析计
算
理解掌握.静电力
的叠加原理，为
下面例题的完成
打下基础
规范学生的计算
步骤
小，这个实验结果说明电荷之间的作用力（）
A．随着电荷量的增大而增大
B．与两电荷量的乘积成正比
C．随着电荷间距离的增大而减小
D．与电荷间距离的平方成反比
答案：C
5. 如图所示，O是一个放置在绝缘支架上的带电小球，P是用绝缘丝线悬挂的另一带电小球。

由于它们之间存在相互作用，P静止时悬线与竖直方向成一夹角：现将带电小球O向右移动少许，使O、P间距离减小，当小球P再次静止时，与原来状态比较，悬线与竖直方向的夹角（）
A．增大B．减小C．没有变化
D．如何变化不能确定
答案：A
拓展提高
1.有两个完全相同的金属小球A和B(它们的大小可忽略不计)，分别带电荷量q和5q，当它们在真空中相距一定距离时，A球对B球的斥力为F，若用绝缘手柄移动这两个小球，使它们相接触后分别再放回原处，则它们间的作用力变为（）A．F B．1.8F C．3F D．6F
答案：B
2.如图所示，绝缘轻杆长为L，一端通过铰链固定在绝缘水平面，另一端与带电量大小为Q的金属小球1连接，另一带正电、带电量也为Q的金属小球2固定在绝缘水平面上。

平衡后，轻杆与水平面夹角为30°，小球1、2间的连线与水平面间的
夹角也为30°．则关于小球1的说法正确的是（已知静电力常量为k）（）
A．小球1带正电，重力为Kq2/L2
B．小球1带负电，重力为Kq2/L2
C．小球1带正电，重力为Kq2/3L2
D．小球1带负电，重力为Kq2/3L2
答案：A
3.两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球（可看成点电荷），其中一个球的带电量的绝对值是另一个的5倍，当它们静止于空间某两点时，静电力大小为F。

现将两球接触后再放回原处，则它们间静电力的大小可能为（）
A．7/5 F B．4/5 F C．11/5 F D．9/5 F
答案：BD
课堂小结 1.库仑定律的表达式
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。

k ＝9.0×109 N·m2 / C
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸
2.适用条件：适用于真空中的两个静止的点电
荷。

3.静电力的叠加原理
（1）两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。

（2）两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用梳理自己本节
所学知识进行
交流
根据学生表述，
查漏补缺，并有
针对性地进行讲
解补充。

力的矢量和。

板书一、电荷之间的作用力
1.库仑定律内容
2.适用条件
严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。

3.点电荷
二、库仑的实验
1.实验方法：控制变量法
库仑定律的表达式
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。

k ＝9.0×109 N·m2 / C
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸
三、静电力计算
1.库仑定律的应用
2. 静电力的叠加原理。