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(共35張PPT)
第一章 靜電場
1.2 庫侖定律
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
帶正電的帶電體A置于鐵架臺旁，把系在絲線上帶正電的小球先后掛在P1 、P2 、P3 等位置。帶電體A與小球間的作用力會隨距離的不同怎樣改變呢？在同一位置增大或減小小球所帶的電荷量，作用力又會怎樣變化？ 電荷之間作用力的大小與哪些因素有關？
課堂導入
學習目標
1. 理解點電荷的概念，知道構建理想化物理模型的作用；
2. 通過對演示實驗的觀察，了解影響靜電力的因素，提高科學探究意識；
3. 掌握庫侖定律的內容及其應用，體會探究庫侖定律過程中的科學思想和方法；
4. 了解庫侖定律的探索歷程，體會庫侖扭秤實驗設計的實驗思想和方法。
如圖，帶正電的帶電體C置于鐵架臺旁，把系在絲線上帶正電的小球先后掛在P1、 P2、P3等位置。帶電體C與小球間的作用力會隨距離的不同怎樣改變呢？
（2）電荷之間作用力的大小與哪些因素有關？
（1）在同一位置增大或減小小球所帶的電荷量，作用力又會怎樣變化？
電荷之間的作用力與萬有引力是否具有相似的形式呢？是否也滿足“平方反比”的規律呢？最終解決這一問題的是法國科學家庫侖。
（1）帶電體C與小球間的作用力會隨距離的減小而增大；
（2）在同一位置增大或減小小球所帶的電荷量，作用力也會增大或減小；
一、問題探究
實驗現象
一、庫侖定律
卡文迪許和普里斯特等人都確信“平方反比”規律適用于電荷間的力。定量討論電荷間的相互作用則是兩千年后的法國物理學家庫侖。他設計了一個十分精妙的實驗（扭秤實驗），對電荷之間的作用力開展研究。庫侖做了大量實驗，于1785年得出了庫侖定律。
一、庫侖定律
（1）內容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
（2）關系式：
（3）電荷之間的這種相互作用力叫做靜電力或庫侖力
（4）適用條件：
①真空中；②靜止點電荷
什么是點電荷？
如果帶電體自身的大小遠小于它們之間的距離，以至帶電體自身的大小、形狀及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體可以看作一個帶電的點，叫作點電荷。
（1）點電荷是一個理想化的模型，類似于力學中的質點，實際上是不存在的。
（2）均勻帶電的球體,由于球所具有的對稱性,即使它們之間的距離不是很大,一般也可以當作點電荷來處理---電荷集中在球心的點電荷。
二、點電荷
法國物理學家庫侖利用扭秤研究出了電荷間相互作用力的大小跟電量和距離的關系。
B球的作用是使A球
在水平面內平衡
平衡小球B
細銀絲
帶電小球C
帶電小球A
刻度盤與指針
三、庫侖的實驗
1.實驗原理與方法
實驗原理： A和C之間的作用力使懸絲扭轉，扭轉的角度和力的大小有一定的對應關系。
實驗方法：控制變量法
2.實驗步驟
①裝置如圖：細銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個小球A，另一端通過物體B使絕緣棒平衡，懸絲處于自然狀態。
②把另一個帶電的金屬小球C插入容器并使它接觸A，從而使A與C帶同種電荷。
③將C和A分開，再使C靠近A，A和C之間的作用力使A遠離。扭轉懸絲，使A回到初始位置并靜止，通過懸絲扭轉的角度可以比較力的大小。
④保持A、C的電量不變，改變A和C之間的距離r，記錄每次懸絲扭轉的角度，就可以找到力F與距離r的關系。
（1）探究F與r的關系
2.實驗步驟
（2）探究F與q的關系
①使一個帶電金屬小球與另一個不帶電的完全相同的金屬小球接觸，前者的電荷量就會分給后者一半。多次重復，可以把帶電小球的電荷量q分為 ······
②保持A、C的距離不變，通過上述方法改變A、C的電量q1、q2，記錄每次懸絲扭轉的角度，便可找出F與q1、q2的關系。
3.實驗演示
比例系數 k 叫靜電力常量，國際單位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
（1）適用條件：
①真空中
②靜止的
③點電荷
4.實驗結論
（2）相互作用力的方向 ：在它們的連線上（如圖）。
+
+
q1
q2
r
—
—
F斥
F斥
F斥
F斥
+
—
F引
F引
（3）注意：
①計算時只代電荷量的絕對值；
②需通過同種電荷相斥、異種電荷相吸來判斷庫侖力的方向。
4.實驗結論
根據庫侖定律，兩個電荷量為 1 C 的點電荷在真空中相距 1 m 時，相互作用力是 9.0×109 N。差不多相當于一百萬噸的物體所受的重力！可見，庫侖是一個非常大的電荷量單位，我們幾乎不可能做到使相距 1 m 的兩個物體都帶 1 C 的電荷量。
通常，一把梳子和衣袖摩擦后所帶的電荷量不到百萬分之一庫侖，但天空中發生閃電之前，巨大的云層中積累的電荷量可達幾百庫侖。
四、靜電力計算
1.靜電力大小
1.庫侖力是一種性質力，與重力、彈力、摩擦力地位等同。
2.對帶電體的受力分析，一定不要忘記畫庫侖力。
3.庫侖力的合成與分解遵循平行四邊形定則。
4.庫侖力遵守牛頓第三定律，一對庫侖力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。
2.靜電力的理解
萬有引力定律 庫侖定律
不同點 只有引力 既有引力又有斥力
天體間表現明顯 微觀帶電粒子間表現明顯
都是場力 萬有引力場 電場
公式
條件 兩質點之間 兩點電荷之間
1. 庫侖力和萬有引力是兩種不同性質的力，受力分析時要分別分析。
2. 庫侖力和萬有引力表達式的相似性，揭示了大自然的和諧美和多樣美。
3.靜電力與萬有引力
4.靜電力的疊加原則
1、如果存在兩個以上點電荷，那么，每個點電荷都要受到其他所有點電荷對它的作用力。兩個點電荷之間的作用力不會因第三個點電荷的存在而有所改變。
2、兩個或兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和。
C
A
B
問題1：三球平衡，C球帶正電還是負電？
C
A
B
C
A
B
若C帶正電，A、B不能平衡
兩側是同種電荷，中間是異種電荷
結論1：兩同夾異
四、三個自由點電荷的平衡問題
問題2：A和B、C電荷量的大小關系？
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
C
FBC
FAC
FAB
FCB
B
兩側電荷量大，中間電荷量小
結論2：兩大夾小
四、三個自由點電荷的平衡問題
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
問題3：r1、r2與B、C的電量關系？
FCA
FBA
A
中間電荷靠近兩側電荷量較小的那個
結論3：近小遠大
三個自由電荷平衡的規律:三點共線、兩同夾異、兩大夾小、近小遠大。
四、三個自由點電荷的平衡問題
電荷
庫侖定律
理想 模型
點電荷
表達式
k為靜電力常量
大小
方向判斷
扭秤實驗
真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
內容
真空中、靜止的、點電荷
條件
課堂小結
典例分析
例1.已知氫核的質量是1.67×10-27kg，電子的質量是9.1×10-31kg，在氫原子內它們之間的最短距離為5.3×10-11m。試比較氫原子中氫核與電子之間的庫侖力和萬有引力。
微觀粒子間的萬有引力遠小于庫侖力，所以在研究微觀帶電粒子的相互作用時，萬有引力忽略不計。
解：氫核與電子所帶的電荷量都是1.6×10-19C
典例分析
例2.真空中有三個點電荷，它們固定在邊長50 cm的等邊三角形的三個頂點上，每個點電荷都是 +2×10-6 c,求：Q3所受的庫侖力。
解：受力分析，Q3共受F1和F2兩個力的作Q1=Q2=Q3=Q，相互間的距離 r 都相同，所以
根據平行四邊形法則：
合力的方向沿Q1、Q2的連線的垂直平分線向外
Q2
Q1
Q3
F1
F2
F
30。
例3關于庫侖定律，下列說法正確的是（　　）
A．庫侖定律適用于點電荷，點電荷其實就是體積最小的帶電體
B．根據，當兩個帶電體間的距離趨近于零時庫侖力將趨向無窮大
C．帶電荷量分別為3Q和Q的點電荷A、B相互作用時，A受到的靜電力是B受到的靜電力的3倍
D．庫侖定律的適用條件是：在真空中靜止的點電荷
【正確答案】D
典例分析
例4.如圖所示，用絕緣細線懸掛的兩個帶電小球A、B（可視為點電荷）處于靜止狀態，電荷量分別為qA、qB，間距為L。則B對A的庫侖力為（ ）
A． ，方向由A指向B
B． ，方向由B指向A
C． ，方向由B指向A
D． ，方向由A指向B
【正確答案】A
典例分析
課堂練習
1．(多選)下面關于點電荷的說法正確的是(　　)
A．點電荷可以是帶電荷量很大的帶電體
B．帶電體體積很大時不能看成點電荷
C．點電荷的帶電荷量可能是2.56×10－20C
D．大小和形狀對作用力影響可以忽略的帶電體可看作點電荷
解析：點電荷是一個理想化的模型，當帶電體的大小和形狀對作用力的影響可以忽略時帶電體可看成點電荷．點電荷不是以帶電荷量的多少來確定的，電荷量必須是元電荷的整數倍．故A、D正確．
AD
課堂練習
2．真空中有兩個點電荷Q和q，它們之間的庫侖力為F，下面哪些做法可以使它們之間的庫侖力變為1.5F(　　)
A．使Q的電荷量變為2Q，使q的電荷量變為3q，同時使它們的距離變為原來的2倍
B．使每個點電荷的電荷量都變為原來的1.5倍，使它們的距離也變為原來的1.5倍
C．使其中一個點電荷的電荷量變為原來的1.5倍，使它們的距離也變為原來的1.5倍
D．保持電荷量不變，使它們的距離變為原來的 倍
A
3.如圖所示，A、B、C是光滑絕緣水平桌面上位于同一圓周且等間距的三點，現在這三點分別放置完全相同的帶電量為-q的金屬小球，同時在圓心O處放置一個帶電量為+Q的小球，已知所有小球均可看作點電荷且均處于靜止狀態，則Q與q的比值為（　　）
A． B． C． D．3
【正確答案】B
課堂練習
課堂練習
4．一個帶正電的球體M放在絕緣支架上，把系在絕緣絲線上的帶電小球N掛在橫桿上的P1處。當小球N靜止時，絲線與豎直方向的夾角為θ，如圖所示。在將懸點由P1處緩慢移到P2處的過程中，觀察到夾角θ增大。由此可知（ ）
A．小球N帶負電
B．懸點由P1處緩慢移到P2處的過程中，小球N受到的靜電力增大C．M與N間的靜電力大小與它們間的距離的平方成正比
D．M與N間的靜電力大小與它們的電荷量乘積成正比
BD
課堂練習
【答案】BD
【詳解】A．小球N與M相互排斥，M、N帶同種電荷，M帶正電，N也帶正電，故A錯誤；
B．懸點由P1處緩慢移到P2處的過程中，根據庫侖定律可知 ，小球N受到的靜電力增大，故B正確；
CD．根據庫侖定律公式可知， ，M與N間的電場力大小與間距的平方成反比，與電荷量的乘積成正比，故C錯誤，D正確。
故選BD。
5.在探究兩電荷間相互作用力的大小與哪些因素有關的實驗中，一同學猜想可能與兩電荷的間距和帶電量有關。他選用帶正電的小球A和B，A球放在可移動的絕緣座上，B球用絕緣絲線懸掛于玻璃棒C點，如圖所示。實驗時，先保持兩球電荷量不變，使A球從遠處逐漸向B球靠近，觀察到兩球距離越小，B球懸線的偏角越大；再保持兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量，觀察到電荷量越大，B球懸線的偏角越大。實驗表明：兩電荷之間的相互作用力，隨其距離的減小而增大，隨其所帶電荷量的增大而增大。
（1）此同學在探究中應用的科學方法是_______（選填“累積法”“等效替代法”“控制變量法”或“演繹法”）。
（2）若A、B帶電荷量分別為+Q和﹣3Q，開始相距為r時，它們間庫侖力的大小
為F，將兩小球相互接觸后將其距離變為 ，則兩球間庫侖力的大小為_______。
【答案】控制變量法
課堂練習
感謝觀看
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