资源简介

(共29张PPT)
2.库仑定律
第九章.静电场及其应用
（Coulomb’s law）
复习与回顾
电
荷
类 型
正电荷
负电荷
（富兰克林）
作用规律
量的多少
同斥异同
电荷量
q=ne
正电荷正值
负电荷负值
起电方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
实质
电荷的转移
电荷守恒定律
规律
最小电荷量：元电荷
比荷(q/m)
电荷守恒定律更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
思考与讨论
带正电的带电体C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C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？
控制变量法
(1) 怎样判断电荷之间作用力大小变化？
(2)影响电荷之间作用力大小可能有哪些因素？
(3)研究电荷之间作用力大小与多个因素有关，应采用什么方法？
观察与思考
归纳与总结
距离越近，偏角越大，力越大；
距离越远，偏角越小，
力越小。
带电量越大，偏角越大，力越大；
结论
带电量越小，偏角越小，力越小；
定性分析
思考与讨论
电荷之间的作用力与万有引力是否有相似的形式呢？
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。
最终解决这一问题的是法国科学家库仑
你是库仑，你会怎样解决这个问题？
库仑的实验
1、实验装置：库仑扭秤
2、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
想一想：B球的作用是什么呢？
使A球在水平面内平衡
库仑的实验
平衡小球B
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
3、实验原理：A和C之间的作用力使悬丝扭转，扭转的角度和力的大小有一定的对应关系
4、实验方法：控制变量法
5、实验步骤：
探究F 与r 的关系：
(1)把另一个带电小球C插入容器并使它靠近A时，记录扭转的角度可以比较力的大小
(2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系
库仑的实验
改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系
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没有，又怎么样做到改变A和C的电荷量呢？
探究F 与q 的关系：
库仑的实验
A
C
Q
A
电量均分
A
C
2
Q
A
D
2
Q
条件：大小、形状、材料完全相同的小球
1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝
2、当之间距离不变时,F与 的乘积成正比 F∝
结论：
库仑的实验
式中的k是比例系数，叫做静电力常量。其值为:
库仑定律
内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力（叫静电力或库仑力），与它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
常量：
公式：
适用条件：真空、静止的点电荷
点电荷（理想模型）
——忽略带电体的大小：
L > > R
（空气中的点电荷近似适用）
遵循牛顿第三定律，力的平行四边形定则．
静电力：
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性相斥、异性相吸判断方向。
点电荷
（1）在研究带电体间的相互作用时，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我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。
（2）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点。
注意：是否可将带电体看作点电荷不是看它本身的尺寸大小。
如：一个半径是10cm的带电圆盘，如果考虑它和相距10m处的某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷，而如果电子离带电圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘就相当于一个无限大的带电平面。
思考与讨论
1.能否由库仑定律表达式得出，当r→0时，F→∞的结论？
当r→0时，两电荷不能再视为点电荷，库仑定律不再适用!
2.两个带电金属球，球心距离为r，两球间的库仑力仍然遵循公式吗？
r
r
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
两金属球带同种电荷
两金属球带异种电荷
思考与讨论
你能初步谈谈库仑力和万有引力的共同点和不同点吗？
万有引力定律 库仑定律
不同点 只有引力 既有引力又有斥力
天体间表现明显 微观带电粒子间表现明显
都是场力 万有引力场 电场
公式
条件 两质点之间 两点电荷之间
共同点 ①都与距离的平方成反比②都有一个常数 1. 库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。
2. 库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。
静电力的计算
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.
静电力的计算
氢原子中电子绕核旋转，质子质量 mp = 1.67 10-27 kg , 电子质量 me= 9.11 10-31 kg , 在氢原子中它们之间的最短距离为5.3 10-10 m。试求电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比。
解：库仑力大小:
万有引力大小:
在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略
巩固与提示
如图所示,分别在A、B两点放置点电荷Q1=+2×10-14 C和Q2=-2×10-14 C,在A、B连线的垂直平分线上有一点C,且AB=AC=BC=6×10-2 m.若有一电子静止放在C点处,则它所受的库仑力的大小和方向如何
解：电子带负电荷,在C点同时受A、B两点处点电荷的作用力
FA、FB,如图所示.
由库仑定律F=k得
FA=k=9.0×109× N=8.0×10-21 N
FB=k=8.0×10-21 N
由平行四边形定则和几何关系可知,静止放在C点的电子
受到的库仑力F=FA=FB=8.0×10-21 N,方向与由B指向A的
方向相同.
归纳与总结
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。
两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。
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。
小结
真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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.
3、适用条件：
4、点电荷：
k=9.0×109N·m2/C2
2、公式：
1、内容：
⑴ 真空（空气中近似成立）
⑵ 点电荷
是一种理想模型，带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可以忽略不计时，带电体可视为点电荷.
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。
5、多点电荷间的作用力：
思考与讨论
三个自由点电荷仅在静电力的作用下处于的平衡状态
C
A
B
问题一：C带正电还是负电？
C
A
B
C
A
B
A、B不能平衡
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
结论：
三点共线
两同夹异
思考与讨论
问题二：A和B、C电荷量的大小关系？
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
C
FBC
FAC
FAB
FCB
B
两侧电荷量大，中间是电荷量小
结论：
两大夹小
结论：电荷量比等于距离平方比
思考与讨论
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
问题三：r1、r2与B、C的电量关系？
FCA
FBA
A
中间电荷靠近两侧电荷量较小的那一个
结论：
近小远大
归纳与总结
三个自由点电荷仅在静电力的平衡
三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大
C
A
B
电荷定量关系：
根号两远等于根号两近之和
巩固与提升
1.两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示A处电荷带正电Q1，B处电荷带负电Q2，且Q2=4Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3放在AB直线上．欲使整个系统处于平衡状态，则：
A、Q3为负电荷，且放于A左方
B、Q3为负电荷，且放于B右方
C、Q3为正电荷，且放于AB之间
D、Q3为正电荷，且放于B右方
A正确
规律1：两同夹异
规律2：两大夹小
巩固与提升
2.如图所示,两个电荷均匀分布的带电小球半径均为a,两球心相距为d,如果它们分别带有等量的同种电荷量Q,则它们之间相互作用力的大小为 (　 　)
A. B.
C. D.两球距离太近,不能看作点电荷,无法计算
A
[解析] 两个小球电荷均是均匀分布,即r=d,根据库仑定律知F=,故选A.
巩固与提升
3. 如图所示,用两根同样长的细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点,两球的质量相等,A球所带的电荷量大于B球所带的电荷量.两球静止时,悬挂小球的细绳与竖直线的偏角分别为α和β,(　 )
A.α>β B.α=β C.α<β D.无法确定
[解析] 两球之间的库仑力是一对作用力和反作用力,大小相等、方向相反;两个小球均受重力、静电力和绳的拉力,两球静止,根据平衡条件,重力和静电力的合力与拉力大小相等、方向相反、在同一条直线上,因为两球的质量相等,故α=β,故B正确.
B
巩固与提升
4.如图所示,A、B、C是光滑绝缘水平桌面上位于同一圆周且等间距的三点,现在这三点分别放置完全相同的带电荷量为-q的金属小球,同时在圆心O处放置一个带电荷量为+Q的小球,已知所有小球均可看作点电荷且均处于静止状态,则Q与q的比值为 (　　)
A. B. C. D.3
B
[解析]以圆周上三个中的一个金属小球为研究对象, 受到另外两个圆周上的电荷的库仑斥力作用,同时受到圆心上的点电荷的库仑引力作用,设圆的半径为r,根据受力平衡得2kcos 30°=,根据几何关系有L=r,联立解得=,选项B正确.
电荷之间作用力大小的判断
小球所受带电体的作用力大小可以通过细线偏离竖直方向的夹角显示出来。
α
T
mg

展开更多......

收起↑