选修3-1静电场第二节《库仑定律》

新课标高中物理选修3－1第一章静电场1.2库仑定律既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。AA是一个带正电的物体。把系在绝缘丝线上的带正电的小球分别系在P1、P2、P3位置，比较相同的小球在不同位置所受带电体的作用力的大小思考一：这个力的大小通过什么可以比较出来？思考二：你认为这个力的大小会与哪些因素有关？思考三：多个因素影响的时候，我们一般会采用什么方法进行研究？二、探究影响电荷间相互作用力的因素一、探究影响电荷间相互作用力的因素•演示：2.距离越近，偏角越大，力越大；距离越远，力越小。1.带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越小，力越小。小球受力示意图TGFtanGF偏角越大，力越大结论：α早在我国东汉时期人们就掌握了电荷间相互作用的定性规律,定量（用数学公式语言进行相关描述）讨论电荷间相互作用则是两千年后的法国物理学家库仑。库仑做了大量实验,于1785年得出了库仑定律。实验定性（用文字语言进行相关描述）表明：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小三、库仑的实验1、实验装置：库仑扭秤2、器材组成：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B3、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思考：B球的作用是什么呢？使A球在水平面内平衡4、实验方法：控制变量法5、实验步骤：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？ACQA4Q电量均分A2QC2QAD2Q条件：完全相同的小球实验结论：库仑定律当电量不变时，F与距离r的二次方成反比F∝当之间距离不变时，F与、的乘积成正比F∝21r1q2q21qq思想方法1、小量放大思想2、电荷均分原理三、库仑定律•1、内容：真空中两个静止点电荷之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。•2、表达式：•3、适用条件：rQQkF221真空中静止点电荷其中：k叫静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2点电荷：当带电体间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷点电荷类似于力学中的“质点”，是一种理想化的模型4库仑力的方向：在它们的连线上。同种电荷异种电荷5.相互作用的两个点电荷，不论它们的电量是否相等，它们受到的库仑力是一对作用力和反作用力6.（1）在计算时q1、q2只要代入大小，“+”、“-”号不要代入（2）库仑定律只能计算库仑力的大小，方向在连线上，还需进一步通过同种电荷排斥，异种电荷吸引来确定1、下列说法中正确的是：A、点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是不存在的B、点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C、根据库仑定律可知，当r0时,F∞D、一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计答案：AD．2、在真空中，一个电荷量为2.0×10–9C的点电荷q，受到另一个点电荷Q的吸引力为8.1×10-3N,q与Q间的距离为0.1m,求Q的电荷量？qkrFQ2C100.2100.91.0101.89923C105.46解：解：氢原子核与电子之间的库仑力F电为：3、在氢原子中，原子核只有1个质子,核外只有1个电子,它们之间的距离r=5.3×10-11m。求氢原子核与电子之间的库仑力F电与它们之间的万有引力F引的比值？(已知质子的质量为1.67×10-27kg，电子的质量为9.1×10-31kg）221rqqkF电N102.88氢原子核与电子之间的万有引力F引为：221rmmGF引N106.347392.310FF引库小结：微观粒子间的万有引力远小于库仑力，因此在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。F电F引例4、如图所示，把质量为0.2g的带电小球A用丝线吊起，若将带电量为4×10－8C的小球B靠近它，当两小球在同一高度相距3cm时，丝线与竖直夹角为45°，此时小球B受到的库仑力F多大，小球A带的电量q为多少．(k＝9.0×109N·m2/C2)情景切入课前导读知识解惑栏目链接分析：根据对A球的受力平衡求出A球所受的库仑力，从而得出小球B所受的库仑力．根据库仑定律求出小球A所带的电量．解析：A球受重力、拉力和库仑力处于平衡，根据共点力平衡得，A球所受的库仑力FA＝mAg＝2×10－3N，B球受到的库仑力F＝FA＝mAg＝2×10－3N．根据库仑定律F＝kq1q2r2，代入数据得，q2＝5×10－9C.情景切入课前导读知识解惑栏目链接3、多个点电荷的问题Q2Q1Q3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。例题5：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，每个点电荷都是+2×10-6c,求：Q3所受的库仑力。解：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F1=F2=K22rQ=22695.0102100.9N=0.144N根据平行四边形定则，合力是:Q1Q2Q3F2F1FNFF25.030cos21合力的方向沿Q1与Q2连线的垂直平分线向外.30°例6．如下图所示，q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态情景切入课前导读知识解惑栏目链接(1)如果q2为正电荷，则q1为____________电荷，q3为____________电荷．(2)q1、q2、q3三者电荷量大小之比是______∶______∶______.解析：空间中存在三个点电荷，任意一个电荷受另外两个电荷的静电力作用，要处于平衡状态，则这两个静电力的矢量和为零．(1)若q2为正电荷，对q1而言要让其平衡，q3必为负电荷，但对q2而言，q1和q3必为同性电荷，所以q1与q3都为负电荷．(2)由库仑定律和平衡条件知对q1：kq1q2l21＝kq1q3l1＋l22①对q3：kq1q3l1＋l22＝kq2q3l22②变式迁移情景切入课前导读知识解惑栏目链接由②式得q1q2＝l1＋l2l22③由①式得q2q3＝l1l1＋l22④由③④两式得q1∶q2∶q3＝l1＋l2l22∶1∶l1＋l2l12.情景切入课前导读知识解惑栏目链接变式迁移答案：(1)负负(2)l1＋l2l221l1＋l2l12总结：三个点电荷平衡问题的求解方法“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；“两同夹异”——正负电荷相互间隔；“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷．情景切入课前导读知识解惑栏目链接变式迁移•例7.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C