【公开课】库仑定律+课件高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章静电场及其应用第

2

节库仑定律导

入

新

课这个力的大小通过什么可以比较出来？用什么实验方法进行研究？讲

授

新

课：

一、探究影响电荷间相互作用力的因素1.实验装置：将带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置2．实验方法：控制变量法3．实验操作：（1）保持电荷量不变，改变悬点位置，从而改变小球间距r，观察夹角θ变化情况，探究电荷间作用力与距离的关系。（2）保持悬点位置不变，改变小球带电量q，观察夹角θ变化情况，探究电荷间作用力与电荷量的关系。实验设置C实验演示讲

授

新

课：

一、探究影响电荷间相互作用力的因素实验现象（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；

实验结论电荷间的作用力与距离有关，与电荷量有关。

通过实验，我们定性地认识了电荷之间的相互作用力，如何定量计算这种力呢？讲

授

新

课：

一、探究影响电荷间相互作用力的因素1.库仑定律法国科学家库仑设计了一个精妙实验（扭秤实验），进行研究，得出规律，即库仑定律：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。电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。库仑（1736—1806）扭秤实验装置讲

授

新

课：

二、库仑定律讲

授

新

课：

二、库仑定律

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。(带电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体的大小,形状,电荷分布,对库仑力没有影响)2.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。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？3.点电荷与元电荷区别讲

授

新

课：

二、库仑定律讲

授

新

课：

三、库仑的实验

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1.实验装置讲

授

新

课：

三、库仑的实验实验步骤：1.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。2.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的关系实验方法：控制变量法讲

授

新

课：

三、库仑的实验实验演示ABC++++++++FF库仑扭秤模拟实验讲

授

新

课：

三、库仑的实验A++++F++++BFCBC力矩平衡：相当于杠杆平衡α为了容易改变距离在顶部可以装旋钮讲

授

新

课：

三、库仑的实验AC++++FB++++F根据之前杆子转过角度α和旋钮转过的角度β就可以计算力的大小βBC可以验证q不变，F和r的关系那么如何保持r不变呢?继续调节旋钮，使小球回到原来位置讲

授

新

课：

三、库仑的实验AC++++FB++++FγBC可以验证r不变，F和q的关系讲

授

新

课：

三、库仑的实验讲

授

新

课：三、库仑的实验ACQA电量均分ACQAD2Q条件：大小、形状、材料等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∝

4.实验现象及结论讲

授

新

课：

三、库仑的实验5.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＝9.0×109N·m2/C2、适用条件：

①严格条件：只适用于真空中的两个静止的点电荷。

②近似条件：空气中两个静止点电荷，也可以应用库仑定律。3.注意：①利用库伦定律表达式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。课堂思考思考1、两个靠近的带电球体，是否可以看出是集中在球心位置的点电荷？（2）如果是两个球形带电导体（1）如果是两个电荷分布均匀的带电球体

可以。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。不可以思考2：有人根据推出当r→0时，F→∞，你认为他的说法正确吗？

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。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3：两个靠近的带电球体，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+QL=4r+++++++Q-QL=4r---+++物体间静电力大吗？课堂思考★★两个导体球，球心之间的距离为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图所示，两球带同种电荷时F<

，两球带异种电荷时，F>。课堂思考讲

授

新

课：四、静电力的计算1.静电力的计算：静电力的大小计算和方向判断一般分开进行：（1）大小计算：利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1、q2的绝对值即可。（2）方向判断：利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断。2.静电力的理解：库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。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。3.多个点电荷的静电力叠加：【例题】真空中有三个点电荷，它们固定在边长0.5m的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的带电量都是2×10-6C,求它们各自所受的库仑力。q1q2q3＋＋＋实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此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电荷的作用力的矢量和。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．讲

授

新

课：四、静电力的计算【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。讲

授

新

课：四、静电力的计算②任何两个电荷之间的库仑力不因其他电荷存在而受影响③任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力④几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则或三角形定则①任意两个电荷间都存在一对库仑力，且满足库仑定律应用多个电荷的库仑定律时，应注意：讲

授

新

课：四、静电力的计算课堂练习【练习1】要使真空中两个点电荷间的库仑力增大到原来4倍，下列方法中可行的是（）A．每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变B．保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C．每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，同时将两点电荷间的距离减小为原来的1/2D．保持点电荷的带电荷量不变，将两点电荷间的距离减小到原来的1/4

A课堂练习【练习2】如图所示,直角三角形ABC中,∠B=30°,在A、B处的