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(共46张PPT)
9.2 库仑定律
高中物理必修第三册课件
主讲老师：xxx
高中物理必修第三册
电荷之间的作用力
库仑的实验
静电力计算
三带电小球的平衡
课堂引入
00.
如图，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？
2.对于影响带电体之间相互作用的因素你有哪些猜想？如何设计实验？
1.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？
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电荷之间
的作用力
第一部分
实验探究
01.
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实验现象
02.
电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“ 平方反比” 规律适用与电荷间的力。
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；
他们用到方法就是——类比法
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从类比到实验
03.
类比在库仑定律的建立过程中发挥了重要作用。类比会引起人们的联想，产生创新。但是类比不是严格的推理，不一定正确，由类比而提出的猜想是否正确需要实践的检验。
法国科学家库仑最终通过实验解决了这一问题。
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库仑定律
04.
内容：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。
电荷间的这种作用力叫做静电力或库仑力。
那么，什么是点电荷呢？
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点电荷
05.
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。
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对比学习
06.
点电荷 元电荷 微小带电体
概念 忽略了大小、形状、电荷分布状况，只考虑电荷量的带电体 电子或质子所带的电荷量 体积较小的带电物体
实质 理想模型 最小电荷量 带电物体
联系 ①点电荷、带电体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍 ②微小带电体在一定条件下可视为点电荷 库仑是通过什么样的实验方法找到电荷间作用力的关系的呢？
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库仑的实验
第二部分
实验装置
01.
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。
B球的作用是使A球
在水平面内平衡
平衡小球B
细银丝
带电小球C
带电小球A
刻度盘与指针
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实验方法
02.
控制变量法
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。
探究F与q的关系：
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
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问题思考
03.
在库仑那个时代，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，又怎样做到改变A和C的电荷量呢？
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电量分配
04.
A
C
Q
A
电量均分
法
A
C
Q
A
D
2
Q
条件：
大小、形状、材料完全相同的小球
结论：
1.当电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝
2.当距离不变时,F与 的乘积成正比 F∝
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实验原理
01.
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实验结论
05.
比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
（1）适用条件：
①真空中
②静止的
③点电荷
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实验结论
06.
（2）相互作用力的方向在它们的连线上（如图）。
+
+
q1
q2
r
—
—
F斥
F斥
F斥
F斥
+
—
F引
F引
（3）注意：
①计算时只代电荷量的绝对值；
②需通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力的方向。
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拓展思考
07.
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
-
-
-
+
+
+
物体间静电力大吗
？
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静电力
的计算
第三部分
静电力大小
01.
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。
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静电力大小
02.
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。
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典例分析
03.
【例题1】已知氢核（质子）质量为1.67×10-27kg。电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
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典例分析
04.
【解析】库仑力大小:
万有引力大小:
可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力。
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库仑力与万有引力对比
05.
万有引力 库仑力
作用效果 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
表达式
适用条件 两质点之间 两点电荷之间
如何求多个电荷间的作用力
高中物理必修第三册
【例题2】真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是 2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。
q1
q2
q3
＋
＋
＋
典例分析
06.
高中物理必修第三册
【解析】q3 共受 F1 和 F2 两个力的作用，q1 = q2 = q3 = q，相互间的距离 r 都相同 , 所以
根据平行四边形定则，合力是:
合力的方向沿 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。
典例分析
07.
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静电力的理解
08.
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.库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。
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。
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问题与思考
09.
光滑水平面上，处在同一直线上三个相同的带不同电量的小球，如何放置才能均处于平衡状态？
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有电
有电
有电
同一直线上三电荷平衡问题
第四部分
三个自由电荷的平衡问题
01.
C
A
B
问题1：三球平衡，C球带正电还是负电？
C
A
B
C
A
B
若C带正电，A、B不能平衡
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
结论1：两同夹异
高中物理必修第三册
问题2：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，中间电荷量小
结论2：两大夹小
三个自由电荷的平衡问题
02.
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三个自由电荷的平衡问题
03.
C
A
B
r1
r2
qc
qA
qB
问题3：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个
结论3：近小远大
三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
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总结提升
第五部分
课堂小结
电荷之间
的作用力
静电力
计算
三电荷
平衡问题
库仑实验
高中物理必修第三册
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。
真空中、静止的、点电荷
三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
例题1
例题精选
01.
【参考答案】B
高中物理必修第三册
两个相同的金属小球，带电荷量分别为和，相距为d（d远大于小球半径）时，它们之间的库仑力大小为F。现让两小球接触后再放到距离为d的位置，则它们之间的库仑力大小将变为（　　）
A．F B． C． D．
解析
例题解析
02.
开始时两电荷间的库仑力为：
接触后两小球各带电量为Q，则库仑力：
故选B。
例题2
例题精选
03.
【参考答案】D
高中物理必修第三册
如图所示，半径均为r的两个金属球，其球心相距为3r，现使两球带上等量的同种电荷，电荷量都为q，设静电力常量为k。则对两球间的静电力F的判断正确的是（　　）
A． B．
C． D．
解析
例题解析
04.
带同种电荷的两金属球，由于同种电荷相互排斥，所带电量集中在两球的外侧，两带电金属球等效的点电荷间距离大于3r，故由库仑定律可知，库仑力一定小于距离是3r时的库仑力，即
故选D。
例题3
例题精选
05.
【参考答案】A
高中物理必修第三册
如图，两条长度均为L的绝缘细线一端拴在同一点，另一端分别拴在两个质量相同的带电小球A、B上，两球平衡时处于同一水平面，细线夹角为90°。若将小球B换成质量相同的带电小球C，细线夹角变为120°，则带电小球B和C的电荷量之比为（　　）
A． B．
C． D．
解析
例题解析
06.
设三个小球的电量分别为和，质量为，带电小球平衡时，之间的距离为，以带电小球A为对象，根据受力平衡可得若将小球B换成质量相同的带电小球C，平衡时，之间的距离为以带电小球A为对象，根据受力平衡可得，联立可得带电小球B和C的电荷量之比为，A正确，BCD错误。
例题4
例题精选
07.
【参考答案】A
高中物理必修第三册
如图所示，真空中，、、三处分别固定电荷量为、、的三个点电荷。已知静电力常量为，，。则处点电荷受到、两处点电荷的库仑力的合力大小为
A． B．
C． D．
解析
例题解析
08.
处点电荷受到、两处点电荷的库仑力大小均为
又由可知，两库仑力的合力大小
故选A。
THANKS
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