人教版高中物理必修三 （库仑定律）新课件

第2节库仑定律

核心素养物理观念科学思维科学探究1.知道点电荷的概念。2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件。1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型。2.进一步了解控制变量法在实验中的作用。3.会用库仑定律进行有关的计算。经历探究实验过程，得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系。知识点一探究影响电荷间相互作用力的因素[观图助学]

小明同学用图中的装置探究影响电荷间相互作用力的因素。带电小球A、B之间的距离越近，摆角θ越大，这说明它们之间的库仑力越大。1.实验原理：如图所示，小球B受Q的斥力，丝线偏离竖直方向。F＝____________，θ变大，F________。mgtanθ变大2.控制变量法探究某一物理量与其他两个物理量的关系时，应先控制一个量不变，来研究另外两个量之间的关系，然后再控制另一个量不变，研究其他两个量之间的关系，最后总结出要研究的各个量之间的关系，这种控制变量研究其他量关系的方法叫控制变量法。3.实验现象 (1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度_______。 (2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度________。4.实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而________，随着距离的增大而________。越小越大增大减小[思考判断](1)电荷之间相互作用力的大小只决定于电荷量的大小。(

)(2)两电荷的带电荷量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。(

)×√[观图助学]观察上图，说出同种电荷和异种电荷之间的作用力的特点，试猜想：电荷与电荷之间的作用力与哪些因素有关？满足什么规律呢？知识点二库仑定律1.库仑力：电荷间的________________，也叫作静电力。2.点电荷：带电体间的距离比自身的大小________，以致带电体的________、________及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略时，可将带电体看作____________，即为点电荷。相互作用力大得多形状大小带电的点3.库仑定律成正比成反比9.0×109N·m2/C2点电荷4.库仑力的叠加(1)两个点电荷间的作用力________因第三个点电荷的存在而有所改变。(2)两个或者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其作用力的________。不会矢量和[思考判断](1)库仑力的大小与电性没有关系。(

)(2)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑力大小一定相等。(

)(3)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算库仑力的大小。(

)√√×[观图助学]库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤，观察上图，猜想：库仑扭秤的巧妙体现在何处？知识点三库仑的实验1.实验装置：库仑做实验用的装置叫作____________。如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A使绝缘棒平衡。当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝________，通过悬丝扭转的________可以比较力的大小。库仑扭秤扭转角度2.实验步骤 (1)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________的关系。 (2)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____________之间的关系。3.实验结论 (1)力F与距离r的二次方成反比，即____________。 (2)力F与q1和q2的乘积成正比，即____________。距离r带电荷量qF∝q1q2[观察探究]

如图，“嫦娥三号”月球探测器升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电。(1)在研究“嫦娥三号”与地球的静电力时，能否把“嫦娥三号”看成点电荷？(2)研究点电荷有什么意义？答案(1)能(2)点电荷是理想化模型，实际中并不存在，是我们抓住主要因素、忽略次要因素抽象出的物理模型。核心要点对“点电荷”的理解[探究归纳]1.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。2.带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论。如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷。温馨提示如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响很小时，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，这是物理学上经常用到的方法。[试题案例][例1]下列关于点电荷的说法正确的是(

) A.任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 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是点电荷解析能否把一个带电体看成点电荷，关键在于我们分析时是否考虑它的体积大小和形状。能否把一个带电体看作点电荷，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定。若它的体积和形状可不予考虑，就可以将其看成点电荷，若带电球体电荷分布不均匀，则球形带电体的电荷不能看成全部集中于球心的点电荷，故选项C正确。答案C[针对训练1](多选)关于点电荷，下列说法正确的是(

) A.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 B.点电荷是一种理想模型 C.点电荷的最小带电荷量等于元电荷 D.球形带电体都可以看作点电荷

解析点电荷是一种物理模型，实际中并不存在，选项B正确；一个带电体能否看成点电荷，不是看它的大小和形状，而是看它的大小和形状对所研究的问题的影响是否可以忽略不计，若可以忽略不计，则它就可以看作点电荷，否则就不能看作点电荷，选项A、D错误；所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，选项C正确。

答案BC[观察探究]

如图所示，一带正电的物体位于M处，用绝缘丝线系上带正电的相同的小球，分别挂在P1、P2、P3的位置，可观察到小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度不同。此实验得出的结论是什么？

答案在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量的方法进行，如本实验，根据小球的偏角可以看出小球所受作用力逐渐减小，由于没有改变电性和电荷量，不能研究电荷之间作用力和电性、电荷量关系，故得出的实验结论是：电荷之间作用力的大小与两电荷间的距离有关。核心要点对库仑定律的理解[探究归纳]1.库仑力的确定方法 (1)大小计算：利用库仑定律计算静电力大小时，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。2.两个点电荷间的库仑力 (1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个电荷的电荷量及间距有关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关。 (2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，与两个电荷的性质、带电多少均无关，即作用力与反作用力总是等大反向。3.两个带电球体间的库仑力特别提醒两个电荷间的距离r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，所以违背了库仑定律的适用条件，不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力，因此不能认为F→∞。[试题案例][例2]A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，Q所受到的静电力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，Q所受静电力为(

)思路点拨解答本题应注意以下三点(1)静电力与电荷量大小的关系；(2)静电力与点电荷间距的关系；(3)静电力的方向规定。答案B方法总结应用库仑定律应注意的事项(1)虽然库仑定律的适用条件是在真空中，但在空气中也可以用该公式进行计算。(2)单位必须用国际单位，才有静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2。[针对训练2]甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16C的正电荷，乙球带有3.2×10－16C的负电荷，放在真空中相距为10cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10cm。(结果保留3位有效数字) (1)试求两球之间的静电力的大小，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？(3)由于两球不同，分开后分配电荷的电荷量将不相等，且无法知道电荷量的大小，也就无法求出两球间的作用力。答案(1)1.38×10－19N引力(2)5.76×10－21N斥力(3)不能[观察探究]

如图，已知空间中存在三个点电荷A、B、C，请思考：(1)A对C的库仑力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？(2)如何求A、B对C的作用力？核心要点库仑力的叠加[探究归纳]1.对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和。2.电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则。[试题案例][例3]如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C。在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m。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？

解析电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示。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F＝FA＝FB＝8.0×10－21N，方向平行于AB连线由B指向A。答案见解析[针对训练3]如图所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带正电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示，则下列说法正确的是(

) A.C带正电，且QC＜QB B.C带正电，且QC＞QB C.C带负电，且QC＜QB D.C带负电，且QC＞QB解析因A、B都带正电，所以静电力表现为斥力，即B对A的作用力沿BA的延长线方向，而不论C带正电还是带负电，A和C的作用力方向都必须在AC连线上，由平行四边形定则知，合力必定为以两个分力为邻边所做平行四边形的对角线，所以A和C之间必为引力，且FCA＜FBA，所以C带负电，且QC＜QB。答案C核心要点静电力作用下的平衡问题[试题案例]答案B[针对训练4]如图所示，把一带正电的小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使小球a能静止在斜面上，需在MN间放一带电小球b，则b应(

) A.带负电，放在A点 B.带正电，放在B点 C.带负电，放在C点 D.带正电，放在C点

解析小球a受到重力、支持力和库仑力的作用处于平衡状态时，才能静止在斜面上。可知只有小球b带负电、放在C点才可使小球a所受合力可以为零，故选项C正确。

答案C13.5能量量子化第十二章电磁感应与电磁波初步

教学目标1.了解热辐射。2.知道能量子和普朗克常量。3.了解能级及原子光谱。引入19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功力学热学电磁学当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，认为物理学已经发展到头了。引入威廉·汤姆孙开尔文科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。引入后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。量子论相对论热辐射在炉火旁边有什么感觉？冬天会感觉到很暖和，因为炉火在辐射能量热辐射现象：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故称为热辐射。投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？投在炉中的铁块随温度升高依次呈现不同颜色：这是热辐射的一个特性这表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。热辐射热辐射热辐射的两条定性规律：1.辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波，不同波长，辐射强度不同。在室温下，辐射的主要成分是波长较长的电磁波在高温情况下，辐射的主要成分是波长较短的电磁波2.温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化。热辐射1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫热辐射。2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时,热辐射中波长较短的成分越来越强。3.除了热辐射外,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。黑体黑体：如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。一个黑体在各种温度下，同样也会不断辐射出电磁波，这就是黑体辐射。在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔就可以看成一个绝对黑体。德国物理学家基尔霍夫首先提出了绝对黑体的模型。1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。2.黑体不一定是黑的,只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的;有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射,看起来还会很明亮,如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也有时被看作黑体来处理。3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。黑体黑体辐射一个黑体在各种温度下，同样也会不断辐射出电磁波，这就是黑体辐射。那么，在研究热辐射的规律时，人们为什么特别注意对黑体辐射进行研究？实验表明：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律。黑体辐射温度升高，各种波长的辐射强度都有增加；温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。黑体为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克做了多种尝试，进行了激烈的思想斗争。普朗克普朗克微观世界的某些规律，在我们宏观世弄看来可能非常奇怪。能量子能量子假说带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射和吸收的。在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的，这种现象叫能量的量子化。能量子1.普朗克的量子化假设(1)能量子振动着的带电微粒的能量只能是最小能量值ε的整数倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。(3)能量量子化:在微观世界中能量不能连续变化,