库仑定律课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

9.2 库仑定律1.知道库仑定律的内容及适用条件。2.了解库仑扭秤实验。3.知道点电荷的概念，知道带电体看成点电荷的条件。4.理解库仑定律的表达式，并会计算点电荷间的静电力。一、三种使物体带电的方式？一、三种使物体带电的方式？回顾上节知识，回答以下问题回顾上节知识，回答以下问题摩擦起电、接触起电、感应起电二、电荷间的相互作用二、电荷间的相互作用？同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引思考：思考：电荷之间相互作用力的大小取决于哪些因素呢？猜想：电荷间的相互作用力可能跟电荷量、距离、大小、形状、材料有关 通过本实验可以看到，电荷之间的作用力随着通过本实验可以看到，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。电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似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？的二次方成反比？英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比平方反比”规律适用于电荷规律适用于电荷间的力。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分间的力。不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验）精妙的实验（扭秤实验）,对电荷之间的作用力开展研究对电荷之间的作用力开展研究,于于1785年得出了库仑年得出了库仑定律。定律。1、库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的、库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作这个规律叫作库仑定律。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力静电力或或库仑力库仑力。一、电荷之间作用力2、适用条件、适用条件：严格条件：只适用于严格条件：只适用于真空中真空中的两个静止的的两个静止的点电荷点电荷。近似条件：实际上对空气中两个静止点电荷，或运动速度不大的两个点近似条件：实际上对空气中两个静止点电荷，或运动速度不大的两个点电荷也可以应用库仑定律。电荷也可以应用库仑定律。3、点电荷、点电荷当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小当带电体之间的距离比它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作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。看作带电的点，叫作点电荷。点电荷是理想化模型：点电荷类似于力学中的质点，实际中并不存在。点电荷是理想化模型：点电荷类似于力学中的质点，实际中并不存在。注意：一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其注意：一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其 大小和形状确定。大小和形状确定。注意区分：注意区分：点电荷点电荷和和元电荷元电荷。实验原理：实验原理：A和和C之间的作用力使悬丝扭转，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。通过悬丝扭转的角度来比较力的大小。实验方法：控制变量法实验方法：控制变量法探究探究F与与r的关系的关系探究探究F与与q的关系的关系库伦的实验库伦的实验探究探究F与与r的关系的关系改改变变A和和C之之间间的的距距离离r，记记录录每每次次悬悬丝丝扭扭转转的的角角度度，就就可可以以找找到到力力F与与距距离离r的的关关系系，结结果果是是力力F与与距距离离r的的二二次次方方成成反反比，即：比，即：探究探究F与与q的关系的关系 在在库库仑仑那那个个年年代代，还还不不知知道道怎怎样样测测量量物物体体所所带带的的电电荷荷量量，甚甚至至连连电电荷荷量量的的单单位位都都没没有有。不不过过两两个个相相同同的的金金属属小小球球，一一个个带带电电、一一个个不不带带电电，互互相相接接触触后后，它它们们对对相相隔隔同同样样距距离离的的第第三三个个带带电电小小球球的的作作用用力力相相等等，因因此此，可可以以断断定定这这两两个个小小球球接接触触后后所所带带的的电电荷荷量量相相等等。这这意意味味着着，如如果果使使一一个个带带电电金金属属小小球球与与另另一一个个不不带带电电的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。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多次重复，可以把带电小球的电荷量q分为分为 这样又可以得出电荷之间的作用力与电荷量的关系：这样又可以得出电荷之间的作用力与电荷量的关系：力力F与与q1和和q2的乘积成正比，即的乘积成正比，即探究探究F与与q的关系的关系探究探究F与与r的关系的关系二、库仑定律的表达式：3、式中的式中的k是比例系数，叫做静电常量。是比例系数，叫做静电常量。k9.0109 Nm2/C 2、库仑力方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。、库仑力方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。1、适用条件、适用条件：严格条件：只适用于严格条件：只适用于真空中真空中的两个的两个静止静止的的点电荷点电荷。近似条件：空气中两个静止点电荷，也可以应用库仑定律。近似条件：空气中两个静止点电荷，也可以应用库仑定律。思考讨论：有人根据思考讨论：有人根据 推出当推出当r0时，时，F，你认为他的说法正，你认为他的说法正确吗？确吗？从从数数学学角角度度分分析析似似乎乎正正确确，但但从从物物理理意意义义上上分分析析，这这种种看看法法是是错错误误的的。因因为为当当r0时时，两两带带电电体体已已不不能能看看作作点点电电荷荷，库库仑仑定定律律及及其其公公式式也也就不再适用了。就不再适用了。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。排斥、异种电荷相互吸引来判断方向。三、静电力的叠加原理1、如如果果存存在在两两个个以以上上点点电电荷荷，那那么么，每每个个点点电电荷荷都都要要受受到到其其他他所所有有点点电电荷荷对对它它的的作作用用力力。两两个个点点电电荷荷之之间间的的作作用用力力不不会会因因第第三三个个点点电电荷荷的的存在而有所改变。存在而有所改变。2、两两个个或或两两个个以以上上点点电电荷荷对对某某一一个个点点电电荷荷的的作作用用力力，等等于于各各点点电电荷荷单单独独对对这这个个点点电电荷荷的的作作用用力的矢量和。力的矢量和。q1q2q3F1F2F例真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为 50cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是 2.010-6 C，求它们各自所受的静电力。分析根据题目意思作图。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。q1q2q3F1F2F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。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。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。为电荷集中在球心的点电荷，再用库仑定律求力。思考：思考：两个靠近的带电金属球，是否可以看作两个靠近的带电金属球，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？是集中在球心位置的点电荷？思考讨论：思考讨论：CAB三球平衡，三球平衡，C球球带正电还是负电？带正电还是负电？CAB结论结论1：两同夹异：两同夹异思考讨论：思考讨论：三球平衡三球平衡,A和和B、C电荷量的大小关系？电荷量的大小关系？两侧电荷量大，中间电荷量小两侧电荷量大，中间电荷量小结论结论2：两大夹小：两大夹小思考讨论：思考讨论：三球平衡三球平衡,r1、r2与与B、C的电量关系的电量关系？CABr1r2qcqAqB结论结论3：近小远大：近小远大三点共线三点共线、两同夹异两同夹异、两大夹小两大夹小、近小远大近小远大。四、三个自由电荷平衡的规律:1、下列关于点电荷的说法中正确的是（）A.体积大的带电体一定不能看成点电荷B.当两个带电体的大小、形状以及电荷分布情况对它们间相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可以看成点电荷C.点电荷就是体积足够小的电荷D.点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体B2、（多选）库仑定律的适用范围是（）A真空中两个带电球体间的相互作用B真空中任意带电体间的相互作用C真空中两个静止点电荷间的相互作用D真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带电体间的相互作用CD3、如图所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在一条直线上，q2与q3间距离为q1与q2间距离的3倍，每个点电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比q1:q2:q3为（）A16：9：144B（-16）：9：（-144）C（-16）：9：（-81）D16：9：81B