高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 库仑定律图文ppt课件

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演示实验：将两个气球充气后挂起来，让他们碰在一起(图a)。用毛织品分别摩擦两个气球相接触的部分(图b)。放开气球后，你观察到什么现象？你能解释这个现象吗？
你能得到气球间相互作用的规律与哪些因素有关吗？
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）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？
（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？
电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？最终解决这一问题的是法国科学家库仑。
（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；
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？
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。
（1）元电荷是电荷量，点电荷是带电体的理想模型 ；
（2）电子的带电量等于元电荷，研究宏观问题时，电子、质子可看做点电荷。点电荷的带电量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍。
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
2.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。
3.实验方法：控制变量法
(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。
【原理视频—点击播放】
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？
条件：大小、形状、材料完全相同的小球
比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
6.相互作用力的方向 ：在它们的连线上（如图）。
（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。
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?
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。
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。
对静电力（库仑力）的理解：
【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。
库仑力和万有引力的比较
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。
【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。
【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。
拓展：三个自由点电荷的平衡问题
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
问题2：A和B、C电荷量的大小关系？
两侧电荷量大，中间电荷量小
问题3：r1、r2与B、C的电量关系？
中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个
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。
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
【典例1】下列关于点电荷的说法正确的是( )A.只有体积很小的带电体才能看成点电荷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远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷D.一切带电体都可以看成点电荷
【典例2】下列对库仑定律的理解正确的是(　　)A.库仑定律的公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,所以库仑力和万有引力是相同性质的力B.库仑定律反映的是两个点电荷间的静电力,因此一定不能用于计算两个非点电荷带电体间的静电力C.由库仑定律知,当两个带电体之间的距离接近零时,它们之间的静电力无穷大D.微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略
D　库仑定律公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,但库仑力和万有引力本质不同,是两种不同的相互作用,库仑力是电磁相互作用,万有引力是引力相互作用,故A错误;如果知道不能视为点电荷的带电体上的电荷分布,运用微元法也可以根据库仑定律求出带电体间的静电力,故B错误;两个带电体间的距离趋近于零时,带电体已经不能看成点电荷,不能直接套用库仑定律公式,故C错误;微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略,故D正确。
【典例4】（2020·独山县兴农中学高二月考）光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电量分别为－4Q和+Q，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电量和放置的位置是（ ） A －Q，在A左侧距A为L处B －2Q，在A左侧距A为L/2处C －4Q，在B右侧距B为L处 D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
【典例5】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，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，则它所受的静电力的大小为_________ N，方向___________________。
【解析】电子在C点同时受A、B两点电荷的静电力FA、FB，如图。
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点的电子受到的静电力大小为F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线向左。
【典例6】如图,把一电荷量为Q=-5×10-8 C的小球A用绝缘细绳悬起,若将电荷量为q=+4×10-6 C 的带电小球B靠近A,当两个带电小球在同一高度相距r=30 cm时,绳与竖直方向的夹角α=45°,g取 10 m/s2,k=9.0×109 N·m2/C2,且A、B两小球均可视为点电荷,求:(1)A、B两球间的静电力的大小;(2)A球的质量。
【答案】(1)0.02 N　(2)2×10-3 kg
【典例8】人类已探明某星球带负电，假设它是一个均匀带电的球体，将一带负电的粉尘置于该星球表面h高处，恰处于悬浮状态，现设科学家将同样的带电粉尘带到距星球表面2h高处无初速度释放，则此带电粉尘将(不考虑星球的自转影响)(　　)A．向星球中心方向下落 B．被推向太空C．仍在那里悬浮 D．无法确定
【典例10】如图所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一电荷量为＋Q的点电荷。一质量为m、电荷量为＋q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力大小。