资源简介

库仑定律
预习案
预习目标
1.知道库伦定律。
2.知道点电荷的概念。
3.知道点电荷时理想模型。
预习内容
预习教材6~8页，思考下列问题：
1.什么是库伦定律？
2.什么是点电荷？
预习检测
1.电荷之间的作用力随电荷量增大而_________，随距离的增大而_________。
2.真空中两个静止_________之间的相互作用力，与它们的电荷量的_________成正比，与它们的距离的_________成反比，作用力的方向在它们的_________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_________或_________。
探究案
学习目标
1.掌握影响电荷间作用力大小的因素。
2.理解库仑定律的内容。
3.掌握点电荷的概念。
课堂探究
考点一：电荷之间的作用力
电荷之间存在“同性相斥，异性相吸”，那么电荷之间相互作用力会遵循什么样规律呢？
猜想一：与距离有关
实验：带正电的带电体M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。带电体C与竖直夹角会随距离r的不同怎样改变呢？
现象：r变大，夹角变小；r变小，夹角变大
电荷之间作用力随距离的增大而减小
猜想二：与电荷量有关
实验：在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，带电体C与竖直夹角怎样改变呢？
现象：q变大，夹角变大；q变小，夹角变小
电荷之间作用力随电荷量增大而增大
电荷之间作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大而减小。
能够定量讨论电荷间相互作用吗
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。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或库仑力。
什么是点电荷呢？
当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小、分布对它们之间的作用力可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的电，叫做点电荷。
点电荷是一种理想化的模型。
典例精析
例1.如图所示，绝缘细线悬挂着的两小球带同种电荷．将它们相互靠近，观察到两小球向两侧偏离的角度增大，由此可以推断（　　）
A．同种电荷相互吸引，距离越近电荷间的作用力越大
B．同种电荷相互吸引，距离越近电荷间的作用力越小
C．同种电荷相互排斥，距离越近电荷间的作用力越大
D．同种电荷相互排斥，距离越近电荷间的作用力越小
变式训练
真空中两点电荷间的作用力是F，如果将两点电荷的距离增大为原来的两倍．则它们间的静电力（　　）
A．变为原来的两倍 B．变为原来的四倍
C．变为原来的二分之一 D．变为原来的四分之一
考点二：库伦的实验
库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤。
如下图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受重力平衡。当把一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使旋线扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变Ａ和Ｃ之间的距离ｒ，记录每次悬丝扭转的角度，便可以得到力Ｆ与距离ｒ的关系，结果是力Ｆ与距离ｒ的二次方成反比，即
由于当时实验设备限制，无法用实验测得物体所带电量，库伦的实验中没有准确的电荷量，而是一系列电荷量的均分。
库伦发现：
两个相同的金属小球，一个带电、一个不带电，互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个小球的作用力相等，所以他断定这两个小球的带电量相等。
这意味着：如果把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，电荷量会均分给两个小球。
利用这种方法：
库伦把带点小球的电荷量q分为
这样库伦又发现了电荷间的作用力与电荷量的关系：
力F与q1和q2的乘积成正比，即：
用一个公式来表示库伦定律,就是：
式中的k是一个常量，叫做静电力常量。
在国际单位制中，电荷量的单位用C，力的单位用N，距离的单位用m。
K=9.0×109 N·m2/C2 ，其意义是两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0×109N ；
典例精析
例2.静电荷之间的静电力与物体间的万有引力的相似性曾经引起了多位学者的注意，最终法国科学家库仑通过实验发现了静电荷间相互作用的规律。下列说法正确的是（　　）
A．库仑采用电荷平分法利用扭秤实验发现了电荷之间相互作用的规律
B．库仑通过该实验计算出静电力常量的值
C．库仑对电学的另一贡献是最早引入电场的概念，并用电场线描述电场
D．静电力和万有引力是同种性质的力
变式训练
如图所示的仪器是库仑扭秤，可以用来研究静电力的规律，库仑经过多次艰苦的实验，最终总结出库仑定律，若A、B、C是三个完全相同的金属小球，A、B固定在T型架水平杆的两端，则以下正确的是（　）
A．A、B球带异种电荷
B．本实验中必须准确测出每一个带电小球的电荷量
C．A球与C球之间的作用力与它们之间的距离成反比
D．若带+5×10-10 C的A球与带-7×10-10 C的C球接触后再分开，则所带电量为-1×10-10 C
随堂检测
1.用干燥的手将撕开的塑料丝从上向下捋几次，塑料丝之间的排斥力属于（　　）
A．磁极间的力 B．电荷间的作用力
C．弹力 D．分子间的作用力
2. 如图所示，小球A固定在绝缘支架上，小球B用丝线悬挂，两小球均带有正电荷。现将A向右移近B，观察到丝线与竖直方向的夹角增大，这表明电荷间的作用力（　　）
A．随距离的减小而增大 B．随距离的减小而减小
C．随电荷量的减小而增大 D．随电荷量的减小而减小
3. 对库仑定律，下列说法正确的是（　　）
A．凡计算真空中的两个电荷间的相互作用力，就可以使用库仑公式
B．两个带电小球即使距离非常近，也能用库仑定律计算库仑力
C．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力一定大小相等
D．库仑定律中的静电力常量k只是一个比例常数，只有数值，没有单位
4.（多选）关于探究影响电荷间相互作用的因素的实验，下列说法中正确的是（　　）
A．该实验采用了控制变量法
B．该实验采用了科学假设法
C．保持小球的带电荷量不变，增大距离发现偏角减小，说明电荷间的作用力减小
D．保持小球的位置不变，增加其带电荷量发现偏角减小，说明电荷间的作用力减小
5.以下看法中正确的是（　　）
A．一个粒子的带电量可以是3.0×l0-19 C
B．带电量很小的电荷不一定能看成点电荷
C．我们生活的环境中，一般物体所带的电荷量远比1 C大
D．相距1 m、电荷量均为1 C的两个点电荷之间的静电力和相距1 m、质量均为1 kg的两物体之间的万有引力大致相等
本课小结
一、电荷之间的作用力
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。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或库仑力。
二、库伦的实验
参考答案
预习检测
增大 减小
点电荷 乘积 二次方 连线 静电力 库仑力
课堂探究
考点一
典例精析
【答案】C
【解析】将它们相互靠近，观察到两小球向两侧偏离的角度增大，可以推断两个小球带同种电荷，且距离越近电荷间的作用力越大，故C正确，ABD错误。
变式训练
【答案】D
【解析】由库仑定律，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，可以得到，电量不变，将它们之间的距离增大为原来的2倍，库仑力将变为原来的1/4 ，所以D正确、ABC错误。
考点二
典例精析
【答案】B
【解析】AB、法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律，并通过实验计算出了静电力常量的值，但没有用到电荷平分法，故A错误，B正确。
C、法拉第最早引入电场的概念，并用电场线描述电场，故C错误。
D、静电力和万有引力不是同种性质的力，静电力属于电磁相互作用，万有引力属于引力相互作用，故D错误。
变式训练
【答案】D
【解析】A、根据课本库仑扭秤实验装置：在细金属丝下面悬挂一根T型架水平杆，杆的一端有一个金属小球A，另一端有一个平衡小球B，在离A球某一距离的地方放一个同样的金属小球C，研究A和C球之间的库仑力，B球不带电，故A错误；
B、在库仑那个时代没有电荷量的单位，不可能准确测出每一个带电小球的电荷量，该实验测量库仑力的方法是：如果A球和C球带同种电荷，它们之间的斥力将使T型架水平杆转过一个角度，向相反方向扭转旋转，使T型架水平杆回到原来的位置，并保持静止，这时金属丝弹力的力矩与静电斥力的力矩平衡，从旋钮转过的角度就可以计算出电荷间的作用力的大小。测量的旋钮转过的角度，然后根据角度计算出电荷间的作用力的大小，不是直接测量库仑力的大小，故B错误；
C、根据库仑定律可知A球与C球之间的作用力与它们之间的距离平方成反比，故C错误；
D、根据电荷均分原理可知：若带+5×10-10C的A球与带-7×10-10C的C球接触后再分开，则每个球所带电量均为q=(5×10 10 7×10 10) /2 =-1×10 10 C，故D正确。
随堂检测
1．B
【解析】塑料细丝与手摩擦，由于摩擦起电，则手带了一种电荷，细丝带了另一种电荷；由于不同的塑料细丝带有同种电荷，同种电荷相互排斥而导致细丝蓬散开来，所以塑料丝之间的排斥力属于电荷间的作用力。
2．A
【解析】A、B、对小球B进行受力分析，可以得到小球受到的电场力：F=mgtanθ，即B球悬线的偏角越大，电场力也越大；所以使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大，说明了两电荷之间的相互作用力，随其距离的减小而增大，故A正确、B错误。
C、D、本题小球所带的电荷量没有改变，不能说明了两电荷之间的相互作用力，随其所带电荷量的变化而变化。故CD均错误。
3． C
【解析】A、库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷。如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，即可将它看作是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷。一个实际的带电体能否看作点电荷，不仅和带电体本身有关，还取决于问题的性质和精度的要求，D中两个金属球不能看成点电荷，库仑定律不适用，故AB错误。
C、相互作用的两个点电荷之间的库伦力为作用力和反作用力的关系，大小始终相等，故C正确。
D、静电力常量k不是一个比例常数，有数值，有单位，故D错误；
4．AC
【解析】在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量的方法进行，如本实验，根据小球的摆角可以看出小球所受作用力逐渐减小，由于保持小球的带电荷量不变，增大距离发现偏角减小，说明电荷间的作用力减小，而当保持小球的位置不变，增加其带电荷量发现偏角增大，说明电荷间的作用力增大，故AC正确，BD错误。
5．B
【解析】A、元电荷e=1.6×l0-19C，所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍，故A错误；
B、点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，物体能不能简化为点，不是看物体的体积大小和电量大小，而是看物体的大小对于两个电荷的间距能不能忽略不计，
即两个带电体的形状对它的相互作用力的影响能不能忽略，故B正确；
C、我们生活的环境中，一般物体所带的电荷量远比1C小，故C错误；
D、根据库仑定律得相距1m、电荷量均为1C的两个点电荷之间的静电力大小F=9×109N，
根据万有引力定律得相距1m、质量均为1kg的两物体之间的万有引力大小F′=6.67×10-11N，故D错误。

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