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库仑定律
人教版高中物理 必修3
第九章 静电场及其应用
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？
英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”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。他设计了一个十分精妙的实验（扭秤实验）,对电荷之间的作用力开展研究,于1785年得出了库仑定律。
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。
一、电荷之间作用力
2、适用条件 ：
①严格条件：只适用于真空中的两个静止的点电荷。
②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。
3、点电荷
①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，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。
②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
大小和形状确定。
注意区分：点电荷和元电荷。
实验原理：A和C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。
实验方法：控制变量法
①探究F与r的关系
②探究F与q的关系
①探究F与r的关系
改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力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：
②探究F与q的关系
在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有。不过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带电小球的作用力相等，因此，可以断定这两个小球接触后所带的电荷量相等。这意味着，如果使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，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q分为
这样又可以得出电荷之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
②探究F与q的关系
①探究F与r的关系
二、库仑定律的表达式：
3、式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / 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。
1、适用条件 ：
①严格条件：只适用于真空中的两个静止的点电荷。
②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 推出当r→0时，F→∞，你认为他的说法正确吗？
从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，这种看法是错误的。因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用了。
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、如果存在两个以上点电荷，那么，每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。两个点电荷之间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。
2、两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。
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。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。
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。
思考：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？
思考讨论：
C
A
B
三球平衡，C球带正电还是负电？
C
A
B
结论1：两同夹异
思考讨论：三球平衡,A和B、C电荷量的大小关系？
两侧电荷量大，中间电荷量小
结论2：两大夹小
思考讨论：三球平衡,r1、r2与B、C的电量关系？
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
结论3：近小远大
①三点共线、
②两同夹异、
③两大夹小、
④近小远大。
四、三个自由电荷平衡的规律:

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