选修3-1静电场第二节《库仑定律》ppt课件.ppt

新课标高中物理选修新课标高中物理选修31第一章第一章 静电场静电场1.2 库仑定律库仑定律既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢相互作用力的大小决定于那些因素呢同种电荷相互排斥、同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。异种电荷相互吸引。A A是一个带正电的物体。是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较位置，比较相同的相同的小球小球在不同位置所受带电体的在不同位置所受带电体的作用力的大小作用力的大小思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？思考二：你认为这个力的大小会与哪些因素有关？思考二：你认为这个力的大小会与哪些因素有关？思考三：多个因素影响的时候，我们一般会采用什思考三：多个因素影响的时候，我们一般会采用什 么方法进行研究？么方法进行研究？二、探究影响电荷间相互作用力的因素二、探究影响电荷间相互作用力的因素一、探究影响电荷间相互作用力的因素一、探究影响电荷间相互作用力的因素 演示演示：2.2.距离越近，偏角越大，力越大；距离越近，偏角越大，力越大；距离越远，距离越远， 力越小。力越小。1.1.带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越大，偏角越大，力越大； 带电量越小，带电量越小， 力越小。力越小。小球受力小球受力示意图示意图TGFtanGF 偏角越大，偏角越大，力越大力越大结论：结论： 早在我国东汉时期人早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互们就掌握了电荷间相互作用的定性规律作用的定性规律, ,定量定量（用（用数学公式语言进行相关描述）数学公式语言进行相关描述）讨论电讨论电荷间相互作用则是两千荷间相互作用则是两千年后的法国物理学家库年后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验仑。库仑做了大量实验, ,于于17851785年得出了库仑定年得出了库仑定律。律。实验实验定性定性（用文字语言进行相关描述）（用文字语言进行相关描述）表明：表明： 电荷之间的作用力随着电荷量的增大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而增大，随着距离的增大而减小三、库仑的实验三、库仑的实验1、实验装置：、实验装置：库仑扭秤库仑扭秤2、器材组成：、器材组成：细银丝、绝缘细银丝、绝缘架、带电的金属小球架、带电的金属小球A和和C、不、不带电的小球带电的小球B3 3、实验原理：、实验原理：A A和和C C之间的作之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系和力的大小有一定的对应关系 思考：思考：B B球的作用是什么呢？球的作用是什么呢？使使A A球在水平面内平衡球在水平面内平衡4 4、实验方法、实验方法：控制变量法控制变量法5 5、实验步骤：、实验步骤：探究探究F F与与r r的关系：的关系：（1 1）把另一个带电小球）把另一个带电小球C C插入插入容器并使它靠近容器并使它靠近A A时，记录扭转时，记录扭转的角度可以比较力的大小的角度可以比较力的大小（2)2)改变改变A A和和C C之间的距离之间的距离r r，记录每次悬丝扭转的角度，便记录每次悬丝扭转的角度，便可找出可找出F F与与r r的关系的关系探究探究F F与与q q的关系：的关系： 改变改变A A和和C C的电量的电量q q1 1、q q2 2，记，记录每次悬丝扭转的角度，便可录每次悬丝扭转的角度，便可找出找出F F与与q q1 1、q q2 2的关系的关系 在库仑那个时代，还不知道怎么样测量在库仑那个时代，还不知道怎么样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有，又怎么样做到改变没有，又怎么样做到改变A A和和C C的电荷量呢？的电荷量呢？ACQA4Q电量均分A2QC2QAD2Q条件：完全相同的小球条件：完全相同的小球实验结论：实验结论：库仑定律库仑定律当电量不变时，当电量不变时，F F与距与距离离r r的二次方成反比的二次方成反比F当之间距离不变时，当之间距离不变时，F F与与、 的乘积成正比的乘积成正比 F21r1q2q21qq 思想方法思想方法1、小量放大思想、小量放大思想2、电荷均分原理、电荷均分原理 三、库仑定律三、库仑定律 1、 内容：内容：真空中真空中两个两个静止点电荷静止点电荷之间相互作用之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 电荷间这种相互作用力叫做电荷间这种相互作用力叫做静电力静电力或或库仑力库仑力。 2、表达式：表达式： 3、适用条件：、适用条件：rQQkF221真空中静止点电荷真空中静止点电荷 其中：其中：k k叫静电力常量，叫静电力常量，k=9.0k=9.010109 9NmNm2 2/C/C2 2点电荷点电荷 ：当带电体间的距离比他们自身的大小大得多，当带电体间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做电的点，叫做点电荷点电荷 点电荷类似于力学中的点电荷类似于力学中的“质点质点” ，是一种理想化，是一种理想化的模型的模型4 4 库仑力的方向：库仑力的方向：在它们的连线上。在它们的连线上。同种电荷同种电荷异种电荷异种电荷5.5.相互作用的两个点电荷，不论它们的电量相互作用的两个点电荷，不论它们的电量是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力和反作用力和反作用力6.6.（1 1）在计算时）在计算时q q1 1、q q2 2只要代入大小，只要代入大小，“+”“+”、“-”“-”号不要代入号不要代入（2 2）库仑定律只能计算库仑力的大小）库仑定律只能计算库仑力的大小 ，方，方向在连线上，还需进一步通过同种电荷排斥，向在连线上，还需进一步通过同种电荷排斥，异种电荷吸引来确定异种电荷吸引来确定1 1、下列说法中正确的是：、下列说法中正确的是：A A、点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是、点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是 不存在的不存在的B B、点电荷就是体积和带电量都很小的带电体、点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C C、根据库仑定律可知，当、根据库仑定律可知，当r r 0 0 时时,F ,F D D、一个带电体能否看成点电荷，不是看它的、一个带电体能否看成点电荷，不是看它的 尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研 究的问题的影响是否可以忽略不计究的问题的影响是否可以忽略不计答案：AD 2、在真空中，一个电荷量为在真空中，一个电荷量为 2.0 2.0101099 C C 的的点电荷点电荷q q ，受到另一个点电荷，受到另一个点电荷Q Q 的吸引力为的吸引力为 8.18.11010-3-3 N, N, q q 与与Q Q 间的距离为间的距离为 0.1 m , 0.1 m , 求求Q Q 的电荷量？的电荷量？qkrFQ2 C100 . 2100 . 91 . 0101 . 89923 C105 . 46 解：解：解：氢原子核与电子之间的库仑力解：氢原子核与电子之间的库仑力 F F电电为：为：3 3、 在氢原子中，原子核只有在氢原子中，原子核只有1 1个质子个质子, , 核外只有核外只有1 1个电子个电子, , 它们之间的距离它们之间的距离 r r = 5.3 = 5.31010-11-11 m m 。求氢原子核与电子之。求氢原子核与电子之间的库仑力间的库仑力 F F电与电与它们之间的万有引力它们之间的万有引力F F引引 的比值？的比值？ ( (已知已知质子的质量为质子的质量为1.671.67 10 10-27-27kgkg，电子的质量为，电子的质量为9.19.11010-31-31kgkg）221rqqkF 电电N102 . 88 氢原子核与电子之间的万有引力氢原子核与电子之间的万有引力 F F 引引 为：为：221rmmGF 引引N106 . 347 392.3 10FF引库小结：微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研小结：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，可以把万有引力忽究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。略。F F电电F F 引引例例4 4、如图所示，把质量为如图所示，把质量为0.2 g的带电小球的带电小球A用丝线吊起，若将带电量为用丝线吊起，若将带电量为4108 C的小球的小球B靠近它，当两小球在同一高度相距靠近它，当两小球在同一高度相距3 cm时，丝时，丝线与竖直夹角为线与竖直夹角为45，此时小球，此时小球B受到的库仑力受到的库仑力F多大，小球多大，小球A带的电量带的电量q为多少为多少(k9.0109 Nm2/C2) 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接3、多个点电荷的问题Q2Q1Q3 实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个或两个三个点电荷的存在而有所改变。因此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电荷的作用力的电荷单独对这个电荷的作用力的矢量矢量和和。例题例题5 5：真空中有三个点电荷，它们固定在边长：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm50 cm的等的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2+21010-6 -6 c,c,求：求：Q Q3 3所受的库仑力。所受的库仑力。解：解：Q3共受共受F1和和F2两个力的作用，两个力的作用，Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离，相互间的距离 r 都相同都相同,所以所以F1=F2=K22rQ=22695 . 0102100 . 9N=0.144 N根据根据平行四边形定则平行四边形定则，合力是，合力是:Q1Q2Q3F2F1FNFF25. 030cos21合力的方向沿合力的方向沿Q Q1 1与与Q Q2 2连线的垂直平分线向外连线的垂直平分线向外.30例例6如下图所示，如下图所示，q1、q2、q3分别表示在一分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知条直线上的三个点电荷，已知q1与与q2之间的距离之间的距离为为l1，q2与与q3之间的距离为之间的距离为l2，且每个电荷都处于，且每个电荷都处于平衡状态平衡状态 栏目链接栏目链接(1)如果如果q2为正电荷，则为正电荷，则q1为为_电荷，电荷，q3为为_电荷电荷( 2 ) q1、 q2、 q3三 者 电 荷 量 大 小 之 比 是三 者 电 荷 量 大 小 之 比 是_.变变 式式迁迁 移移 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接变变 式式迁迁 移移 栏目链接栏目链接变变 式式迁迁 移移 例例7.7.光滑绝缘的水平地面上有相距为光滑绝缘的水平地面上有相距为L L的点的点电荷电荷A A、B B，带电量分别为，带电量分别为4Q4Q和和+Q+Q，今引，今引入第三个点电荷入第三个点电荷C C，使三个点电荷都处于平，使三个点电荷都处于平衡状态，则衡状态，则C C的电量和放置的位置是（的电量和放置的位置是（ ） A A、Q Q，在，在A A左侧距左侧距A A为为L L处处 B B、2Q2Q，在，在A A左侧距左侧距A A为为L/2L/2处处 C C、4Q4Q，在，在B B右侧距右侧距B B为为L L处处 D D、+ 2Q+ 2Q，在，在A A右侧距右侧距A A为为3L/23L/2处处C