庫(kù)侖定律（1）課件高二上學(xué)期物理人教版

人教版物理必修三第九章

靜電場(chǎng)及其應(yīng)用第二節(jié)

庫(kù)侖定律(1)自然界中只有正、負(fù)兩種電荷同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引復(fù)習(xí)回顧使物體帶電的方法：1.摩擦起電2.接觸起電3.感應(yīng)起電實(shí)質(zhì)：電子在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變.元電荷：自然界最小的電荷量討論交流：既然電荷之間存在相互作用，那么電荷之間相互作用力（靜電力或庫(kù)侖力）的大小決定于那些因素呢？猜想：可能跟電荷電量有關(guān)，可能與電荷間的距離有關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：探究影響電荷間相互作用力的因素過程與方法:控制變量法保持電量Q不變,距離r與F有什么關(guān)系?保持距離r不變,電量Q與F有什么關(guān)系?++--+-+C+P3P1P2++一、實(shí)驗(yàn)：帶正電的帶電體C置于鐵架臺(tái)旁，把系在絲線上帶正電的小球先后掛在P1、P2、P3等位置。帶電體c與小球間的作用力會(huì)隨距離的不同怎樣改變呢？在同一位置增大或減小小球所帶電荷量，作用力又會(huì)怎樣變化？電荷之間作用力的大小與哪些因素有關(guān)？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:(1)帶電小球由于受到帶電體對(duì)其的作用力而使絲線偏離豎直方向θ角．(2)在電荷量不變的情況下，小球離帶電體越近，角度θ越大，離帶電體越遠(yuǎn)，角度θ越小(3)在距離不變的情況下，帶電體電荷量越大，角度θ越 大，電荷量越小，角度θ越小猜想：帶電體之間的作用力與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的二次方成反比。(4)小球的受力如圖所示．F＝mgtanθ，θ越大，F(xiàn)越大．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小思考：電荷間的作用力與它們帶的電荷量以及距離有關(guān)，那么電荷之間相互作用力的大小會(huì)不會(huì)與萬(wàn)有引力的大小具有相似的形式呢？庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)刻度盤與指針帶電小球C帶電小球A細(xì)銀絲平衡小球庫(kù)侖（1736-1806）研究方法：控制變量法結(jié)論：保持兩球上的電量不變，改變兩球之間的距離r，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中庫(kù)侖得出靜電力與距離的平方成反比，即F∝1/r2;保持兩球間的距離不變，改變兩球的帶電量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中庫(kù)侖得出靜電力與電量的乘積成正比，即

F∝q1q2與r有關(guān)與q有關(guān)

二、點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷是是為了簡(jiǎn)化某些問題的討論而引進(jìn)的一個(gè)理想化的模型。帶電體可視為點(diǎn)電荷的條件：在研究帶電體間的相互作用時(shí)，如果帶電體本身的線度遠(yuǎn)小于它們之間的距離，帶電體的大小,形狀,電荷分布,對(duì)庫(kù)侖力沒有影響帶電體可以看作點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷本身的線度不一定很小。點(diǎn)電荷與力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”類似。當(dāng)帶電體間距離遠(yuǎn)大于電荷自身大小時(shí)，帶電物體的形狀、大小、電荷分布情況對(duì)帶電體之間的作用力的影響可以忽略不計(jì)，這樣的帶電體叫做點(diǎn)電荷．1.點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際上并不存在．2.一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定．對(duì)點(diǎn)電荷的理解有的同學(xué)誤認(rèn)為“大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷，小的帶電體一定能看成點(diǎn)電荷”．辨析：一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，并不在于它體積的大小，而是應(yīng)具體問題具體分析．即使是大的帶電體，在一定條件下，也可以看成點(diǎn)電荷，即使是小的帶電體，在一定條件下也不一定能看成點(diǎn)電荷．兩個(gè)靠近的帶電球體，是否可以看成是集中在球心位置的點(diǎn)電荷？?jī)蓚€(gè)電荷分布均勻的帶電球體，可以兩個(gè)電荷分布不均勻的帶電球體，不可以三、庫(kù)侖定律內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。+q1q2rF1F2公式：K為靜電力常量:K=9.0×109N·m2/C2適用范圍：真空中靜止的點(diǎn)電荷計(jì)算大小時(shí)只將電荷量的絕對(duì)值代入方向另行判斷（同號(hào)斥力、異號(hào)引力）在空氣中的結(jié)果與真空中相差很小，因此在空氣中也可使用真空中的公式。(1)真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只跟兩電荷的電荷量及間距有關(guān)，跟它們的周圍是否有其他電荷等無(wú)關(guān)．(3)庫(kù)侖力也稱為靜電力，它具有力的共性．它與學(xué)過的重力、彈力、摩擦力是并列的．它具有力的一切性質(zhì)，它是矢量，合成分解時(shí)遵循平行四邊形定則，能與其他的力平衡，使物體發(fā)生形變，產(chǎn)生加速度．(2)兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律，即兩帶電體間的庫(kù)侖力是一對(duì)作用力與反作用力．不要認(rèn)為電荷量大的電荷對(duì)電荷量小的電荷作用力大．應(yīng)用庫(kù)侖定律解題應(yīng)注意的問題:(4)可將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向兩者分別進(jìn)行．即用公式計(jì)算庫(kù)侖力大小時(shí)，不必將表示電荷Q1、Q2的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中從而算出力的大小；力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以判別．也可將Q1、Q2帶符號(hào)運(yùn)算，F(xiàn)為“＋”表示斥力，F(xiàn)為“－”表示引力．(5)對(duì)于微觀的帶電粒子，它們之間的庫(kù)侖力要比萬(wàn)有引力大得多．電子和質(zhì)子的靜電引力F1是它們間萬(wàn)有引力F2的2.3×1039倍，正因如此，以后在研究帶電微粒間的相互作用時(shí)，可以忽略萬(wàn)有引力．1．點(diǎn)電荷與力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)有何異同？討論交流：2．有人根據(jù)F＝(kq1q2)/r2推出當(dāng)r→0時(shí)，F(xiàn)→∞，正確嗎？提示：二者都是理想化的物理模型，都是忽略自身的大小和形狀，但二者側(cè)重點(diǎn)不同，質(zhì)點(diǎn)突出物體的質(zhì)量，點(diǎn)電荷突出物體所帶電荷量．提示：不對(duì)．當(dāng)兩個(gè)帶電體間的距離趨于零時(shí)，已不能視為點(diǎn)電荷，庫(kù)侖定律已不再適用．四、庫(kù)侖力的疊加原理對(duì)于兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的總的庫(kù)侖力，等于其他點(diǎn)電荷分別單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的矢量和．庫(kù)侖力的合成和分解仍滿足力的平行四邊形定則．任一帶電體都可以看成是由許多點(diǎn)電荷組成的，如果知道帶電體上的電荷分布，根據(jù)庫(kù)侖定律和力的合成法則，可以求出帶電體間的靜電力的大小和方向．練習(xí)1.如圖所示，兩個(gè)半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上，兩球面最近距離為r，帶等量異種電荷，電荷量為Q，關(guān)于兩球之間的靜電力，下列選項(xiàng)中正確的是(

)A．等于kQ2/9r2

B．大于kQ2/9r2C．小于kQ2/9r2D．等于kQ2/9r2解析:兩球間的距離和球本身的大小差不多，不符合簡(jiǎn)化成點(diǎn)電荷的條件，因?yàn)閹?kù)侖定律的公式計(jì)算只適用于點(diǎn)電荷，所以不能用公式去計(jì)算．我們可以根據(jù)電荷間的相互作用的規(guī)律來(lái)做一個(gè)定性分析，由于兩帶電體帶等量異種電荷，電荷間相互吸引，因此電荷在導(dǎo)體球上的分布不均勻，會(huì)向正對(duì)的一面集中，電荷間的距離就要比3r小，根據(jù)庫(kù)侖定律，靜電力一定大于kQ2/9r2.電荷的吸引不會(huì)使電荷全部集中在相距為r的兩點(diǎn)上，所以說靜電力也不等于kQ2/r2.正確選項(xiàng)為B.B練習(xí)2.關(guān)于庫(kù)侖定律，下列說法正確的是(

)A．庫(kù)侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷就是體積很小的帶電小球B．若點(diǎn)電荷q1的帶電量大于點(diǎn)電荷q2的電荷量，那么q1對(duì)q2的庫(kù)侖力也大于q2對(duì)q1的庫(kù)侖力C．只要條件適合，體積很大的帶電體也可能看做點(diǎn)電荷D．當(dāng)兩個(gè)帶電體的形狀對(duì)它們之間的相互作用的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，這兩個(gè)帶電體就可以看做點(diǎn)電荷解析：帶電體能不能看做點(diǎn)電荷，是取決于兩帶電體之間的距離是不是遠(yuǎn)大于兩帶電體自身大?。c帶電體自身大小絕對(duì)數(shù)值無(wú)關(guān)，所以A項(xiàng)錯(cuò)．電荷間的作用力符合牛頓第三定律，所以兩電荷間的作用力永遠(yuǎn)大小相等、方向相反，與電荷多少無(wú)關(guān)，所以B項(xiàng)錯(cuò)．而C、D兩項(xiàng)正確．CD練習(xí)3.(多選)對(duì)于庫(kù)侖定律，下列說法正確的是(

)A．只要是計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，就可使用公式F＝kQ1Q2/r2B．兩個(gè)帶電小球即使相距非常近，也能用庫(kù)侖定律計(jì)算庫(kù)侖力C．相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們受到的庫(kù)侖力大小一定相等D．靜電力常量k只是一個(gè)比例常數(shù)，只有數(shù)值，沒有單位AC解析：庫(kù)侖定律適用條件是真空中的點(diǎn)電荷，故只要是計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，就可使用公式F＝kQ1Q2/r2

，A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力是相互作用力，一定大小相等，方向相反，在同一直線上，C選項(xiàng)正確；庫(kù)侖定律中的靜電力常量k是一個(gè)比例常數(shù)，取值為9.0×109N·m2/C2，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．練習(xí)4.有三個(gè)完全相同的金屬小球A、B、C，A帶電荷量為7Q，B帶電荷量為－Q，C不帶電．將A、B固定起來(lái)，然后讓C球反復(fù)與A、B接觸，最后移去C球，試問A、B間的庫(kù)侖力變?yōu)樵瓉?lái)的多少？A、B兩球最后的庫(kù)侖力為F′＝k(qA′qB′)/r2＝k(2Q·2Q)/r2＝4(kQ2)/r2，解得F′＝4F/7，即A、B間的庫(kù)侖力變?yōu)樵瓉?lái)的4/7.練習(xí)5.如圖，半徑相同的兩個(gè)金屬小球M、N帶有電荷量相等的電荷(可視為點(diǎn)電荷)，相隔一定距離，兩球之間的相互吸引力的大小是F.現(xiàn)讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球P先后與M、N兩球接觸后移開，這時(shí)M、N兩球之間的相互作用力為(

)A．吸引力，F(xiàn)/8 B．吸引力，F(xiàn)/4C．排斥力，3F/8 D．排斥力，3F/4解析：因M、N間有吸引力，故M、N帶異種電荷，設(shè)M的電荷量qM＝＋Q，則N的電荷量qN＝－Q.因?yàn)镻不帶電，所以它與M接觸后，qP＝qM′＝Q/2，再與N接觸，qP＝-Q/2+Q/4＝－Q/4＝qN′，根據(jù)庫(kù)侖定律F＝kqMqN/r2＝kQ2/r2，F(xiàn)′＝k(Q/2×Q/4)/r2＝kQ2/8r2，所以F′＝F/8，為吸引力．A練習(xí)6.如圖所示，等邊三角形ABC，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，在頂點(diǎn)A、B處有等量異種電荷Q1和Q2，Q1＝＋Q，Q2＝－Q，若在C點(diǎn)放置一點(diǎn)電荷QC，求QC所受的庫(kù)侖力的大小與方向．

解析:設(shè)QC為負(fù)電荷，則FA＝k(Q×QC)/L2，F(xiàn)B＝k(Q×QC)/L2，F(xiàn)A、FB方向如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則，合力F′與FA、FB的夾角均為60°所以F′＝2FAcos60°＝k(Q×QC)/L2.如果QC是正電荷，則力的方向相反，大小不變．練習(xí)7.真空中有三個(gè)點(diǎn)電荷，它們固定在邊長(zhǎng)50cm的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)電荷都是＋2×10－6C，求它們各自所受的庫(kù)侖力．解析: