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物理必修 第三册2 库仑定律课堂教学ppt课件
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这是一份物理必修 第三册2 库仑定律课堂教学ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了新知导入，演示实验，新知讲解，电荷之间的作用力，库仑扭秤，细银丝，平衡小球B，带电小球C，带电小球A，刻度盘与指针等内容，欢迎下载使用。
实验器材：带正电的带电体A、丝线、带正电的小球、铁架台
探究影响电荷间相互作用力的因素
实验步骤：（1）带正电的带电体A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。
（2）带电体A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（3）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？
实验结论：通过上面的实验可以看到，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。
思考：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？
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。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。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。
1.库仑定律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。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。2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。
说明：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用库仑定律它们的静电力。
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)点电荷是理想化的物理模型点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。
(3)点电荷只具有相对意义点电荷是一个相对的概念，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。
从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷。
实验装置库仑的实验装置：库仑扭秤器材组成细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
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：控制变量法实验步骤（1）探究F与r的关系
①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。
②把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。③将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。④保持A、C的电量不变，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。
①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 ······
②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变A、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。
（2）探究F与q的关系
用微量天平做库仑定律实验视频
实验结论（1）保持A、C电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝1/r2（2）保持A、C之间距离不变时，F与 q1、q2 的乘积成正比 F∝ q1q2 综合上述实验结论，可以得到如下关系式：
2.库仑定律的表达式：
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
（3）在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m）。通过实验测定 k 的数值是k＝9.0×109 N·m2 / C
参考答案：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。
三、静电力计算库仑是一个非常大的电荷量单位根据库仑定律 ，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距1m 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！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。
1.库仑定律的应用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。
【例题 1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10 -11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。分析： 氢原子核与质子所带的电荷量相同，是 1.6×10 -19 C。电子带负电，所带的电荷量也是 1.6×10 -19 C。质子质量为 1.67×10 -27 kg，电子质量为 9.1×10 -31 kg。根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
解：根据库仑定律，它们之间的静电力
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的 2.3×1039 倍。可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力。因此，在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
（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。
【例题2】真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为 50 cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是 2.0×10 -6 C，求它们各自所受的静电力。
一个点电荷所受的静电力
分析：根据题意作图。每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，因此，只要求出一个点电荷（例如 q3 ）所受的力即可。
解:根据库仑定律，点电荷 q3 共受到 F1 和 F2 两个力的作用。其中q1 ＝ q2 ＝ q3 ＝ q每两个点电荷之间的距离 r 都相同，所以根据平行四边形定则可得F ＝ 2F1cs 30°＝ 0.25 N
点电荷 q3 所受的合力 F 的方向为 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。每个点电荷所受的静电力的大小相等，数值均为 0.25 N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。
1.“点电荷”是指______________________________________________________________是一种理想化模型。库仑定律是电磁学的基本定律之一，可表述为：真空中两个静止________之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成____比，跟它们距离的二次方成_____比，作用力的方向在它们的________上。
当带电体本身的大小和形状对带电体间的作用力
3.真空中有两个静止的点电荷，若保持它们之间的距离不变，而把它们的电荷量都变为原来的3倍，则两电荷间的库仑力将变为原来的( )A．7倍 B．8倍 C．9倍 D．10倍
2.固定的A、B两个点电荷都带负电，相距10cm，今将第三个点电荷C放在A、B之间连线上距A为2cm，C恰好处于静止状态，则A、B两点电荷电量之比QA:QB =______。
4．某同学为了探究影响电荷间相互作用力的因素，进行了以下的实验:M是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正电的轻质小球先后挂在P1、P2、P3位置，发现丝线偏离竖直方向的角度逐渐变小，这个实验结果说明电荷之间的作用力（ ）A．随着电荷量的增大而增大B．与两电荷量的乘积成正比C．随着电荷间距离的增大而减小D．与电荷间距离的平方成反比
5. 如图所示，O是一个放置在绝缘支架上的带电小球，P是用绝缘丝线悬挂的另一带电小球。由于它们之间存在相互作用，P静止时悬线与竖直方向成一夹角：现将带电小球O向右移动少许，使O、P间距离减小，当小球P再次静止时，与原来状态比较，悬线与竖直方向的夹角（ ）A．增大B．减小C．没有变化D．如何变化不能确定
1.有两个完全相同的金属小球A和B(它们的大小可忽略不计)，分别带电荷量q和5q，当它们在真空中相距一定距离时，A球对B球的斥力为F，若用绝缘手柄移动这两个小球，使它们相接触后分别再放回原处，则它们间的作用力变为（ ）A．F B．1.8F C．3F D．6F
2.如图所示，绝缘轻杆长为L，一端通过铰链固定在绝缘水平面，另一端与带电量大小为Q的金属小球1连接，另一带正电、带电量也为Q的金属小球2固定在绝缘水平面上。平衡后，轻杆与水平面夹角为30°，小球1、2间的连线与水平面间的夹角也为30°．则关于小球1的说法正确的是（已知静电力常量为k）（ ）A．小球1带正电，重力为Kq2/L2B．小球1带负电，重力为Kq2/L2C．小球1带正电，重力为Kq2/3L2D．小球1带负电，重力为Kq2/3L2
3.两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球（可看成点电荷），其中一个球的带电量的绝对值是另一个的5倍，当它们静止于空间某两点时，静电力大小为F。现将两球接触后再放回原处，则它们间静电力的大小可能为（ ）A．7/5 FB．4/5 FC．11/5 FD．9/5 F
1.库仑定律的表达式（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / C （2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸2.适用条件 ：适用于真空中的两个静止的点电荷。3.静电力的叠加原理（1）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。
一、电荷之间的作用力1.库仑定律内容2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。3.点电荷二、库仑的实验1.实验方法：控制变量法
实验器材：带正电的带电体A、丝线、带正电的小球、铁架台
探究影响电荷间相互作用力的因素
实验步骤：（1）带正电的带电体A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。
（2）带电体A与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（3）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？
实验结论：通过上面的实验可以看到，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。
思考：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？
卡文迪许和普里斯特等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。定量讨论电荷间的相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。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。库仑做了大量实验，于1785年得出了库仑定律。
1.库仑定律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。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。2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。
说明：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用库仑定律它们的静电力。
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)点电荷是理想化的物理模型点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。
(3)点电荷只具有相对意义点电荷是一个相对的概念，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。
从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷。
实验装置库仑的实验装置：库仑扭秤器材组成细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B
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：控制变量法实验步骤（1）探究F与r的关系
①装置如图：细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。
②把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。③将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。④保持A、C的电量不变，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。
①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 ······
②保持A、C的距离不变，通过上述方法改变A、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。
（2）探究F与q的关系
用微量天平做库仑定律实验视频
实验结论（1）保持A、C电量不变时，F与距离r的二次方成反比 F∝1/r2（2）保持A、C之间距离不变时，F与 q1、q2 的乘积成正比 F∝ q1q2 综合上述实验结论，可以得到如下关系式：
2.库仑定律的表达式：
（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。
（2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
（3）在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m）。通过实验测定 k 的数值是k＝9.0×109 N·m2 / C
参考答案：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。
三、静电力计算库仑是一个非常大的电荷量单位根据库仑定律 ，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距1m 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！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。
1.库仑定律的应用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。
【例题 1】在氢原子内，氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10 -11 m。试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。分析： 氢原子核与质子所带的电荷量相同，是 1.6×10 -19 C。电子带负电，所带的电荷量也是 1.6×10 -19 C。质子质量为 1.67×10 -27 kg，电子质量为 9.1×10 -31 kg。根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
解：根据库仑定律，它们之间的静电力
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的 2.3×1039 倍。可见，微观粒子间的万有引力远小于库仑力。因此，在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
（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。
【例题2】真空中有三个带正电的点电荷，它们固定在边长为 50 cm 的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是 2.0×10 -6 C，求它们各自所受的静电力。
一个点电荷所受的静电力
分析：根据题意作图。每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，因此，只要求出一个点电荷（例如 q3 ）所受的力即可。
解:根据库仑定律，点电荷 q3 共受到 F1 和 F2 两个力的作用。其中q1 ＝ q2 ＝ q3 ＝ q每两个点电荷之间的距离 r 都相同，所以根据平行四边形定则可得F ＝ 2F1cs 30°＝ 0.25 N
点电荷 q3 所受的合力 F 的方向为 q1 与 q2 连线的垂直平分线向外。每个点电荷所受的静电力的大小相等，数值均为 0.25 N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。
1.“点电荷”是指______________________________________________________________是一种理想化模型。库仑定律是电磁学的基本定律之一，可表述为：真空中两个静止________之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成____比，跟它们距离的二次方成_____比，作用力的方向在它们的________上。
当带电体本身的大小和形状对带电体间的作用力
3.真空中有两个静止的点电荷，若保持它们之间的距离不变，而把它们的电荷量都变为原来的3倍，则两电荷间的库仑力将变为原来的( )A．7倍 B．8倍 C．9倍 D．10倍
2.固定的A、B两个点电荷都带负电，相距10cm，今将第三个点电荷C放在A、B之间连线上距A为2cm，C恰好处于静止状态，则A、B两点电荷电量之比QA:QB =______。
4．某同学为了探究影响电荷间相互作用力的因素，进行了以下的实验:M是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正电的轻质小球先后挂在P1、P2、P3位置，发现丝线偏离竖直方向的角度逐渐变小，这个实验结果说明电荷之间的作用力（ ）A．随着电荷量的增大而增大B．与两电荷量的乘积成正比C．随着电荷间距离的增大而减小D．与电荷间距离的平方成反比
5. 如图所示，O是一个放置在绝缘支架上的带电小球，P是用绝缘丝线悬挂的另一带电小球。由于它们之间存在相互作用，P静止时悬线与竖直方向成一夹角：现将带电小球O向右移动少许，使O、P间距离减小，当小球P再次静止时，与原来状态比较，悬线与竖直方向的夹角（ ）A．增大B．减小C．没有变化D．如何变化不能确定
1.有两个完全相同的金属小球A和B(它们的大小可忽略不计)，分别带电荷量q和5q，当它们在真空中相距一定距离时，A球对B球的斥力为F，若用绝缘手柄移动这两个小球，使它们相接触后分别再放回原处，则它们间的作用力变为（ ）A．F B．1.8F C．3F D．6F
2.如图所示，绝缘轻杆长为L，一端通过铰链固定在绝缘水平面，另一端与带电量大小为Q的金属小球1连接，另一带正电、带电量也为Q的金属小球2固定在绝缘水平面上。平衡后，轻杆与水平面夹角为30°，小球1、2间的连线与水平面间的夹角也为30°．则关于小球1的说法正确的是（已知静电力常量为k）（ ）A．小球1带正电，重力为Kq2/L2B．小球1带负电，重力为Kq2/L2C．小球1带正电，重力为Kq2/3L2D．小球1带负电，重力为Kq2/3L2
3.两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球（可看成点电荷），其中一个球的带电量的绝对值是另一个的5倍，当它们静止于空间某两点时，静电力大小为F。现将两球接触后再放回原处，则它们间静电力的大小可能为（ ）A．7/5 FB．4/5 FC．11/5 FD．9/5 F
1.库仑定律的表达式（1）式中的k是比例系数，叫做静电常量。k＝9.0×109 N·m2 / C （2）方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸2.适用条件 ：适用于真空中的两个静止的点电荷。3.静电力的叠加原理（1）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。
一、电荷之间的作用力1.库仑定律内容2.适用条件 严格说，这个定律只适用于真空中的两个静止的点电荷。3.点电荷二、库仑的实验1.实验方法：控制变量法
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