库仑定律 高二上物理人教版（2019）必修第三册.pptx

普通高中物理必修第三册

第九章静电场及其应用

9.2库仑定律

关键术语

库仑定律

静电力/库仑力

点电荷

电荷之间的作用力

【问题】电荷之间存在“同性相斥，异性相吸”，那么电荷之间相互作用力会遵循什么样规律呢？与哪些因素有关？

静电力

猜想：与电荷量q、距离r有关。

控制变量法

电荷之间的作用力（定性）

【实验操作】带正电的带电体M置于铁架台旁，

小球带正电

【现象】r变大，夹角变小；r变小，夹角变大。

电荷之间作用力随距离的增大而减小。

猜想一：与距离有关

【问题2】丝线与竖直夹角会随距离r的不同怎样改变呢？

【问题1】静电力的大小通过什么可以便于观测比较出来？

电荷之间的作用力（定性）

【实验】在同一位置增大或减小带电体M所带的电荷量，竖直夹角怎样改变呢？

【现象】q变大，夹角变大；q变小，夹角变小

电荷之间作用力随电荷量增大而增大。

猜想二：与电荷量有关

电荷之间作用力随电荷量增大而增大，随距离的增大而减小。

电荷之间的作用力（定量）

【猜想】电荷之间的作用力会不会和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，会不会和它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比？

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

库仑扭秤

【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

【实验方法】控制变量法

【问题】在库仑那个时代，还不知道怎么样测量物体带的电荷量，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？

平衡小球B

细银丝

带电小球C

带电小球A

电量分配原理

电量均分

条件：大小、形状、

材料完全相同的小球

平衡小球B

细银丝

带电小球C

带电小球A

库仑定律

静电力/库仑力

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

库仑定律

点电荷

当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小、分布对它们之间的作用力可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。

Rr

库仑定律

（2）相互作用力的方向：在它们的连线上（如图）。

（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。

斥力

引力

库仑定律（拓展）

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1：两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？

思考2：是否适用于r无限趋近于零的情况?

静电力的理解

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。

库仑定律

适用条件

均匀带电球体

计算

电荷间距

真空、静止、点电荷

r不能趋近于零

电荷量代入绝对值

满足牛顿第三定律

习题训练

两个半径均为R的带电金属球所带电荷量分别为Q1和Q2，当两球心相距3R时，相互作用的库仑力大小为（）

A．F=

B．F＞

C．F＜

D．无法确定

D

库仑定律的应用条件是：真空静止点电荷。

当带电体不能看做点电荷时，不能直接用库仑定律计算静电力，要考虑电荷的实际分布情况。

根据库仑定律，两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是9.0×109N。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1m的两个物体都带1C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。

静电力的大小

思考下列问题：

1.研究微观带电粒子之间的作用力时，需要考虑万有引力吗？

2.多个点电荷之间的作用力怎么求解？

【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5.3×10-11m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。

【解析】库仑力大小:

万有引力大小:

静电力与万有引力

氢原子核只有一个质子，核外有一个电子绕核旋转

氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3x1039倍。

说明了什么？

微观粒子间的万有引力远小于库伦力,因此在研究微观带电粒子相互作用时,可以把万有引力忽略掉。

静电力与万有引力

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