高中物理 第1章 第2节 库仑定律同步辅导与检测课件 新人教版选修31.ppt

第2节库仑定律 静电场 库仑与库仑定律的建立库仑1736年6月14日生于法国昂古莱姆 青少年时期就受到了良好的教育 他后来到巴黎军事工程学院学习 离开学校后 进入西印度马提尼克皇家工程公司工作 工作了18年以后 他又在埃克斯岛瑟堡等地服役 这时库仑就已开始从事科学研究工作 他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上 库仑在军队里从事了多年的军事建筑工作 为他1773年发表有关材料强度的论文积累了材料 在这篇论文里 库仑提出了计算物体上应力和应变分布的方法 这种方法成了结构工程的理论基础 一直沿用到现在 1777年法国科学院悬赏 征求改良航海指南针中的磁针的方法 库仑认为磁针支架在轴上 必然会带来摩擦 要改良磁针 必须从这个根本问题着手 他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针 同时他对磁力进行深入细致的研究 特别注意了温度对磁体性质的影响 他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系 从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小 据此他发明了扭秤 扭秤能以极高的精度测出非常小的力 由于成功地设计了新的指南针结构以及在研究普通机械理论方面做出的贡献 1782年 他当选为法国科学院院士 为了保持较好的科学实验条件 他仍在军队中服务 但他的名字在科学界已为人所共知 库仑在1785年到1789年之间 通过精密的实验对电荷间的作用力做了一系列的研究 连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章 1785年 库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律 1 库仑是 国物理学家 库仑定律内容 两个静止 之间的相互作用力 跟它们的电荷量的乘积成 跟它们的距离的二次方成 作用力的方向在它们的 上 2 库仑定律公式 静电力常量k n m2 c2 答案 1 法真空中点电荷正比反比连线 3 库仑定律适用条件 两个静止 之间的相互作用力 4 点电荷 带电体间的 比它们自身的 大得多 以至其形状 大小及电荷分布状况对相互作用力的影响可以 5 两个电荷之间的相互作用力 是作用力与反作用力 遵循牛顿 定律 答案 3 真空中点电荷4 距离大小忽略5 第三 6 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改变 因此 两个或两个以上的点电荷对某一个电荷的作用力 各个点电荷对这个电荷的作用力的 7 如果知道带电体上的电荷分布 根据 就可以求出带电体间的静电力的大小和方向 答案 6 等于矢量和7 库仑定律和力的合成法则 一 库仑定律1 决定电荷间相互作用的因素 1 两电荷间距离 电荷间相互作用力随电荷间距离的增大而减小 2 电荷量 电荷间相互作用力随电荷量的增大而增大 2 库仑定律的内容真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小 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 这一规律称为库仑定律 3 对库仑定律的三点理解 1 电荷间的相互作用力称为静电力或库仑力 2 库仑定律适用于真空中两个静止的点电荷 在空气中也近似成立 3 空间中有多个电荷时 某电荷受的静电力是其他所有电荷单独对其作用的静电力的矢量和 真空中有甲 乙两个点电荷 当它们相距r时 它们间的静电力为f 若甲的电荷量变为原来的2倍 乙的电荷量变为原来的 两者间的距离变为2r 则它们之间的静电力变为 解析 答案 b 点拨 点电荷之间的相互作用力与两个点电荷所带电荷量的乘积成正比 与两个点电荷之间的距离的平方成反比 解答此类问题时 要考虑这三个量的变化 变式迁移 1 有3个完全一样的金属小球a b c a带电荷量7q b带电荷量 q c球不带电 今将a b固定起来 然后让c反复与a b球接触 最后移去c球 求a b间的相互作用力变为原来的多少 二 点电荷1 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 大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时 这样的带电体就可以看作带电的点 叫做点电荷 2 对点电荷的两点理解 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 一个带电体能否看作点电荷 是相对于具体问题而言的 不能单凭其大小和形状确定 例如 一个半径为10cm的带电圆盘 如果考虑它和10m处某个电子的作用力 就完全可以把它看作点电荷 而如果这个电子离带电圆盘只有1mm 那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面 如右下图所示 两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b 其壳层的厚度和质量分布均匀 将它们固定于绝缘支座上 两球心间的距离l为球半径的3倍 若使它们带上等量异种电荷 使其电荷量的绝对值均为q 那么关于a b两球之间的万有引力f引和库仑力f库的表达式正确的是 解析 均匀的带电球壳可以看成质点 但不能看成点电荷 由于a b两球所带异种电荷相互吸引 使它们各自的电荷分布不均匀 即相互靠近的一侧电荷分布较密集 又l 3r 不满足l r的要求 故不能将带电球壳看成点电荷 所以不能应用库仑定律 故万有引力定律适用于两个可看成质点的物体 虽然不满足l r 但由于其壳层的厚度和质量分布均匀 两球壳可看作质量集中于球心的质点 可以应用万有引力定律 故答案 d 变式迁移 2 下面关于点电荷的说法正确的是 a 只有体积很小的带电体才可看做点电荷b 只有做平动的带电体才可看做点电荷c 只有带电荷量很少的带电体才可看做点电荷d 点电荷所带电荷量可多可少 解析 能否将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 即它的体积大小和形状可不予以考虑时就可以将其看成点电荷 至于它的电荷量可多可少 答案 d 三 库仑定律对库仑定律的五点理解1 在国际单位制中 电荷量的单位 库仑 c 力的单位 牛顿 n 距离的单位 米 m k是静电力常量 k 9 0 109n m2 c2 其意义是两个电荷量为1c的点电荷在真空中相距1m时 相互作用力是9 0 109n 2 两个电荷之间的库仑力是作用力与反作用力关系 3 计算库仑力时 电荷量一般取绝对值 力的方向可由电荷的性质确定 4 库仑定律只适于真空中两个点电荷的相互作用 但两个均匀带电球体相距较远也可视为点电荷 r应指两球体的球心距 对于不能视为点电荷的物体间的库仑力不能随便用库仑定律求解 要视具体情况而定 5 任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的 如果知道带电体上的电荷分布 根据库仑定律和力的合成法则可以求出带电体间的静电力的大小和方向 如右图所示 悬挂在o点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球a 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球b 当b到达悬点o的正下方并与a在同一水平线上 a处于受力平衡时 悬线偏离竖直方向的角度为 若两次实验中b的电荷量分别为q1和q2 分别为30 和45 则q2 q1为 解析 a与b在同一水平线上 说明库仑力与重力的关系为再将库仑定律代入上式即可求得两次的电荷量之比 对小球a受力分析如右图所示 设a球电荷量为q 细线长为l 则由平衡条件有 答案 c 变式迁移 3 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 1 如果q2为正电荷 则q1为 电荷 q