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(共34张PPT)
第九章 静电场及其应用
高中物理人教版（2019）必修三教学课件
第二节
库仑定律
01
新课导入
02
素养目标
03
新课讲解
04
例题与练习
05
课后小结
目录
| CONTENTS
PART-01
新课导入
New Lesson Presentation
新课导入
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。带电体A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？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？
PART-02
素养目标
Learning Objectives
1.理解并熟记库仑定律的内容，知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量
2.会用库仑定律的公式进行有关的计算
3.知道库伦扭秤的实验原理
素养目标
PART-03
新课讲解
新课讲解
探究影响电荷间相互作用力的因素
实验装置
+
Ｏ
实验现象
实验方法：
控制变量法
实验器材
均匀带正电（或负电）的球体、固定球体的托盘、带横杆的稳定平台、均匀带正电（或负电）金属球、细线
（1）带电体C与小球间的作用力会随距离的减小而增大；
（2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小；
新课讲解
说明：
（1）电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大.
（2）电荷之间的作用力随距离的增大而减小.
结论：
（１）以上我们只是定性的研究，真正定量的研究是由法国学者库仑完成的.
（２）这种电荷之间的相互作用力叫做静电力或库仑力.
求点电荷之间的相互作用力
F = mgtanα
+
F
+
F
+
+
F
+
F
+
Q
↓
新课讲解
一、库仑定律
思考与讨论：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？
库伦
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干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)，对电荷之间的作用力开展研究。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。
新课讲解
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。
2.表达式：
适用情况：
（1）真空中
（2）点电荷
干燥的空气与真空中的区别并不大，因此空气中也适用。
理想化模型，只有质量没有体积
3.静电力常量：国际单位制中，k = 9.0×109 N·m2/C2，数值从实验中确定
4.适用条件：①真空中；②静止点电荷
新课讲解
二、点电荷
如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状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一个带电的点，叫作点电荷。
（1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上是不存在的。
（2）均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作点电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。
(带电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体的大小,形状,电荷分布,对库仑力没有影响)
新课讲解
注意：r→0时的库仑力
两个带电球体间的距离r→0时，这两个带电球体不能再视为点电荷，也就不再遵从库仑定律，它们之间的库仑力也就不能认为趋于无限大
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。
电荷间的这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
新课讲解
三、库仑实验
法国物理学家库仑利用扭秤研究出了电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系。
悬丝扭转的角度
作用力
电荷量
相同小球，均分？
研究方法：控制变量法。
B球的作用是使A球在水平面内平衡
新课讲解
观看实验视频，总结实验结论
(1)力F与距离r的二次方成反比。
(2)力F与q1和q2的乘积成正比。
(3)力F与q1和q2的关系：
新课讲解
1、下面两个靠近的带电球体，是否可以看出是集中在球心位置的点电荷？
（2）如果是两个球形带电导体
（1）如果是两个电荷分布均匀的带电球体
可以(均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作点电荷来处理——电荷集中在球心的点电荷。)
不可以

不是，公式不适用了。
新课讲解
同种电荷电荷分布在金属球外侧
异种电荷电荷分布在金属球内侧
思考：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况
+Q
+Q
L=4r
+
+
+
+
+
+
+Q
-Q
L=4r
-
-
-
+
+
+
新课讲解
四、静电力计算
根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距 1 m 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！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距 1 m 的两个物体都带 1 C 的电荷量。
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。
新课讲解
1.库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。
2.对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。
3.库仑力也称为静电力，与重力，弹力，摩擦力是并列的。它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则。
4.库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
新课讲解
库仑定律 万有引力
定义 真空中两个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。 宇宙间任何两个有质量的物体间都存在相互吸引，其大小与两物体的质量乘积成正比，与它们间距离的平方成反比。作用力的方向在它们的连线上。
公式
测量 工具 库仑扭秤 卡文迪许扭秤
常量值 k=9.0×109N·m2/C2 G=6.67×10－11 N·m2/kg2
PART-04
例题与练习
例题与练习
【例1】如图所示,两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为r,带等量异种电荷,电荷量为Q。关于两球之间的静电力,下列选项中正确的是(　　)
A.等于 B.大于 C.小于 D.等于
例题与练习
解析：两球间的距离和球本身的大小差不多，不符合简化成点电荷的条件，因为库仑定律的公式只适用于点电荷，所以不能用公式去计算。我们可以根据电荷间的相互作用的规律来做一个定性分析，由于两带电体带等量异种电荷，电荷间相互吸引，因此电荷在金属球上的分布不均匀，会向正对的一面集中，电荷间的距离就要比3r小，根据库仑定律，静电力一定大于 。电荷的吸引不会使电荷全部集中在相聚为r的两点上，所以说静电力也不等于 ，正确选项为B。
答案：B
例题与练习
【例2】如图所示,悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A。在两次实验中,均缓慢移动另一带同种电荷的小球B。当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上,A处于受力平衡时,悬线偏离竖直方向的角度为θ。若两次实验中B的电荷量分别为q1和q2,θ分别为30°和45°，则为（ ）
A.2　B.3　C. D.3
例题与练习
解析：设细线长为l,A的电荷量为Q。A与B处在同一水平线上,以A为研究对象,受力分析,作出受力图。根据平衡条件可知,库仑力跟重力的合力与细线的拉力等大反向,由几何关系列式得
,其中
两式整理得
将题干中的两种情况代入得
答案：C
例题与练习
1．某同学发现万有引力和库仑力的表达形式高度相似，于是他做了以下思考，其中正确的是（　　）
A．这两种力都是吸引力
B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许精确地测出了引力常量
C．库仑发现了库仑定律，并精确地测出了元电荷的数值
D．根据公式和可知，当两带电物体的距离趋近于零时，库仑力和万有引力都将趋向无穷大
B
例题与练习
【答案】B
【详解】A．万有引力是吸引力，库仑力可能是吸引力，也有可能是排斥力，故A错误；
B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许利用扭秤实验精确地测出了引力常量，故B正确；
C．库仑发现了库仑定律，密立根精确地测出了元电荷的数值，故C错误；
D．两带电物体的距离趋近于零时，两物体已经不能够看为点电荷与质点，此时，公式和已经不成立，可知，当两带电物体的距离趋近于零时，不能够认为库仑力和万有引力都将趋向无穷大，故D错误。故选B。
例题与练习
2．三个完全相同的金属球A、B和C，其中A球带电量为+Q，B球带电量为－2Q，C球不带电。若A、B两球之间的距离远大于球的半径，其间的静电力大小为F，现将C球先与A球接触，移开后再与B球接触，然后移到远处，则最后A、B两球之间的作用力大小为（　　）
A．
B．
C．
D．
A
例题与练习
【答案】A
【详解】原来A、B两球之间静电力大小为C球先与A球接触，移开后，C球再与B球接触，然后移到远处则最后A、B两球之间的作用力大小为故选A。
例题与练习
3．在光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次排列三个带电小球A、B、C，均可视为质点，如图所示。若它们恰能处于平衡状态，那么这三个小球所带电荷量及电性的关系可能的是（　　）
A．16，9，144
B．－，－1，－9
C．－9，4，－36
D．－4，3，12
C
例题与练习
【答案】C
【详解】要使三个小球均处于平衡状态，先以A为对象，要使A平衡，B、C对A的作用力等大反向，所以B和C所带电性应相反；同理，要使C平衡，A和B所带电性应相反；综上所述，电荷电性需满足“两同夹一异”的规律。故选C。
PART-05
课堂小结
课堂小结
库仑定律
（1）数字表达式：
（2）适用条件：真空中的点电荷.
点电荷是一个理想化的模型，是一种科学的抽象.
作用力的方向在它们的连线上
带电体形状、大小及电荷分布情况对相互作用的影响可忽略不计
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