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2. 库仑定律
鲁科版（2019）物理（必修 第三册）
第一章 静电力与电场强度
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
素养目标
1.理解点电荷的概念，知道构建理想化物理模型的作用
2.通过对演示实验的观察，了解影响静电力的因素，提高科学探究意识
3.掌握库仑定律的内容及其应用，体会探究库仑定律过程中的科学思想方法
4.了解库仑定律的探索历程，体会库仑扭秤实验设计的实验思想和方法
将气球充气后靠近较轻的金属筒，筒静止不动；将气球在头发上摩擦后再靠近筒，筒会滚动起来。气球没有接触筒，为什么筒却滚动起来了？
点电荷
同种电荷相互排斥
异种电荷相互吸引
静电力：电荷间的相互作用力称为静电力。
－
＋
＋
－
－
＋
在研究带电体间的相互作用时，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。
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，一般也可以当作电荷来处理——电荷集中在球心的点电荷。
点电荷
（2）条件：取决于自身大小及两带电体之间的距离比较的关系；与带电体本身大小无关；
（1）点电荷是理想化模型，现实中并不存在；它是实际带电体不考虑形状、大小、电荷分布等次要因素得来的；
质点
点电荷
理想化模型
理想化模型
问题大小相对于研究
问题大小相对于研究
质量
质量和电荷量
点电荷类似于力学中的质点
对点电荷的理解
(1)电荷量很小的带电体就是点电荷。(　　)
(2)一个电子，不论在何种情况下，都可以看成点电荷。(　　)
(3)只要是球形带电体，无论球多大，都能看作点电荷。(　　)
(4)当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷。(　　)
×
×
×
√
试一试
(多选)关于点电荷的说法正确的是(　　)
A.体积很小的带电体一定能看成点电荷
B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷
C.当两个带电体的大小和形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看成点电荷
D.一切带电体都有可能看成点电荷
经典例题
CD
答案：CD
解析：一个带电体能否看成点电荷，不是由其大小、形状而定的，而是看它的大小、形状对所研究的问题而言是否可以忽略。若可以忽略，就可以看成点电荷，否则就不能看成点电荷。一切带电体都有可能看成点电荷。A、B错误，C、D正确。
两点电荷间的静电力
两个点电荷之间的相互作用力与距离、电荷量有怎样的关系?下面让我们通过实验来探究。
(1)探究电荷间作用力的大小与距离的关系
如图 1-10所示，把两个完全相同、带同种电荷
的小球挂在等长绝缘细线下端，观察细线相对
竖直方向的偏离角度(角度越大，静电力越大):
增大两细线悬点之间的距离，观察细线偏离角度有什么变化。
电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系
(2)探究电荷间作用力的大小与电荷量的关系保持绝缘细线悬点位置不变，同时改变两小球的电荷量(如用带电棒同时接触两球)，再观察细线偏离的角度，可得出什么结论?
电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系
影响电荷间的相互作用的因素有电荷量的多少和电荷之间距离的长短。
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。
通过以上实验只能定性了解两电荷间的作用力与它们之间的距离和电荷量的关系。两电荷之间作用力的规律是法国物理学家库仑(C.Coulomb，1736-1806)在前人工作的基础上， 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。
平衡小球B
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
(2)公式：F＝ ，式中k＝9.0×109?N·m2/C2，称为静电力常量。
库仑定律
①条件： 真空中、静止电荷
②大小：与电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比。
③方向：它们的连线上（同种电荷沿连线向内，异种电荷沿连线向外）。
k是一个常量，叫作静电力常量。
④对公式的认识：
k=9.0×109N?m2/C2
?
F=k????1????2????2
?
对库仑定律的理解
若两个半径为R的带同种电荷球体，带电荷量均为Q，球心相距为r＝3R，
则两球间的静电力是F＝ ，正确吗？为什么？
不正确。两个规则的带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时必须考虑电荷在球上的实际分布。
r
+
+
+
+
+
+
r
-
-
-
+
+
两个带电量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0×109N，差不多相当于一百多吨的物体的重力!由此可见，库仑是一个非常大的电荷量单位。
通常一把梳子和衣袖摩擦所带的电荷量不到百分之一库仑，但在天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷可达几百库仑。
①两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷分别单独对这个点电荷的作用力的矢量和
②任何一个带电体都可以看成由许多点电荷组成的。
所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向
________
根据电荷分布找出等效电荷中心
+
+
-
q
Q1
Q2
F2
F1
F
静电力叠加原理
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。
(1)B球的作用是什么呢？
提示：使A球在水平面内平衡
(2)如何观测库仑力的大小？
提示：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。
库伦扭秤
库伦实验
2.实验方法和实验步骤主要有哪些？
(1)实验方法：控制变量法。
(2)实验步骤：改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r的关系；改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与带电荷量q之间的关系。
视频演示：库伦实验
3.观看实验视频后，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：

库伦扭秤
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，电荷量大小均为Q ，两球之间的静电力为下列选项中的哪一个(　　)
A.等于 B.大于
C.小于 D.等于
经典例题
B
答案：B
解析：由于两金属球带等量异种电荷，电荷间相互吸引，因此电荷在金属球上的分布向两球靠近的一面集中，电荷间的距离就要比3r小。根据库仑定律，静电力一定大于 ，选项B正确。
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AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m。如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
经典例题
解析：电子带负电，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示。
同理可得FB＝8.0×10－21 N。
由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的电子受到的库仑力大小
F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线由B指向A。
库仑定律
点电荷
点电荷的定义
条件
两点电荷间的静电力
库仑定律
静电力叠加原理
美国东部一枚火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心39B发射塔冲天而起。这是美国未来载人航天工具——“战神Ⅰ—X”火箭的第一次升空。升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的“战神Ⅰ—X”火箭能被视为点电荷的是(　　)
A.研究“战神Ⅰ—X”火箭外部与其相距1 m处的一个带电微粒之间的静电力B.研究“战神Ⅰ—X”火箭与地球(带负电)之间的静电力
C.任何情况下都可视为点电荷
D.任何情况下都不可视为点电荷
B
答案：B
解析：当火箭离开地球较远时，火箭的大小相对于火箭与地球之间的距离可忽略不计。电荷在火箭上的分布情况对研究火箭与地球间静电力的作用可忽略不计，此时火箭可视为点电荷，选B。
如图所示，相同的两个金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷，相隔一定的距离固定放置，两球(可视为点电荷)之间的吸引力大小为F，今用第三个相同的不带电的金属小球C先后与A、B两个球接触后移开，这时，A、B两个球之间的相互作用力大小是(　　)
A. B.
C. D.
A
如图所示，三个点电荷Q1、Q2、Q3在一条直线上，Q2和Q3间的距离为Q1和Q2间距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合力为0，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比为Q1∶Q2∶Q3为(　　)
A.(－9)∶4∶(－36)
B.9∶4∶36
C.(－3)∶2∶(－6)
D.3∶2∶6
A
谢谢观看

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