库仑定律PPT课件.ppt

1 复习 两种电荷 使物体带电的方法 摩擦起电 静电感应 验电器 接触起电 电中和 电荷量的表示 元电荷 用 e 表示 e 1 60X10 19C元的意义 电荷守恒定律 2 复习回顾 一 物体带电的三种方式1 摩擦起电 2 感应起电 3 接触带电 二 电中和现象及电荷均分原理 三 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消失 只能从一个物体转移到另一个物体 或者从物体的一部分转移到另一部分 在转移的过程中 电荷的总量保持不变 这个结论称为电荷守恒定律另一表述 一个与外没有电荷交换的系统 电荷的代数和总是保持不变的 3 四 元电荷 最小的电荷量叫做元电荷注 所有带电体的电荷量或者等于e 或者是e的整数倍 即电荷量是不能连续变化的物理量电荷量的常用值 e 1 60 10 19C五 比荷 电子的电荷量e与电子的质量me之比 称为电子的比荷电子的比荷 e me 1 76 1011C kg me 0 91 10 30kg 4 练习 两个完全相同的金属小球A和B 所带电荷量绝对值都是Q 今让第三个与A B相同但不带电的金属小球C 先后与A B两球接触后分开 那么 1 若A B是同种电荷时 则C球最终带电量等于多少 2 若A B是异种电荷时 则C球最终带电量等于多少 5 1 2库仑定律 6 同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引 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 7 用控制变量法来研究 猜想 力F与两电荷的电荷量q 距离r有关 结论 电荷之间的作用力F随着q的增大而增大 随着r的增大而减小 带电量相同 带电小球偏转角不同 可见其受力大小不同 演示 8 一 库仑定律 定义 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 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 大小 其中K叫静电力常量 k 9 0 109N m2 C2 适用范围 1 真空中 2 点电荷 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力 9 解读 10 板书 1 2库仑定律 第一章静电场 类比 原因 质量 电荷 因素 质量 间距 电量 间距 大小 常量 G k 方向 连线 引力 连线 引力或斥力 相互 牛顿第三定律 牛顿第三定律 适用 质点 点电荷 其它 独立 叠加 独立 叠加 11 点电荷 1 在研究带电体间的相互作用时 如果带电体本身的大小远小于它们之间的距离 带电体本身的大小 对我们所讨论的问题影响甚小 相对来说可把带电体视为一几何点 并称它为点电荷 2 点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象 是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型 3 点电荷本身的大小不一定很小 它所带的电量也可以很大 点电荷这个概念与力学中的 质点 类似 12 思考题 两个靠近的带电球体 是否可以看出是集中在球心位置的点电荷 不可以 13 课堂训练 1 两个半径为0 3m的金属球 球心相距1 0m放置 当他们都带1 5 10 5C的正电时 相互作用力为F1 当它们分别带 1 5 10 5C和 1 5 10 5C的电量时 相互作用力为F2 则 A F1 F2B F1 F2C F1 F2D 无法判断 14 课堂训练 2 关于点电荷的下列说法中正确的是 A 真正的点电荷是不存在的 B 点电荷是一种理想模型 C 足够小的电荷就是点电荷 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 ABD 15 课堂训练 3 下列说法中正确的是 A 点电荷就是体积很小的电荷 B 点电荷就是体积和带电量都很小的带电体 C 根据公式可知F k q1q2 r2 当间距r 0时 静电力F D 静电力常量的数值是由实验得到的 D 16 库仑扭秤 库仑的实验 17 库仑做实验用的装置叫做库仑扭秤 如图 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与A球的重力平衡 当把另一个带电的小球C插入容器并使它靠近A时 A和C之间的作用力使悬丝扭转 通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小 设计的扭秤成功的解决了用普通测力计无法测量微小作用方法 1 保持A C两球的带电量不变 改变A C之间的距离r 记录每次悬丝扭转的角度 便可以找到力F与距离r的关系 2 保持A C两球之间的距离r不变 改变A C的带电量q1和q2 记录每次悬丝扭转的角度 便可以找到力F与q1和q2的关系 研究方法 控制变量法 18 1 F与r有关 二 库仑的实验 研究方法 控制变量法 结论 保持两球上的电量不变 改变两球之间的距离r 从实验结果中库仑得出静电力与距离的平方成反比 即F 1 r2 库仑的实验 库仑扭秤实验 2 F与q有关 结论 保持两球间的距离不变 改变两球的带电量 从实验结果中库仑得出静电力与电量的乘积成正比 即F q1q2 19 从例题可以看出 电子和质子的静电力是它们间万有引力的2 3 1039倍 正因如此 以后在研究带电微粒间相互作用时 经常忽略万有引力 20 对于一般的带电体 静电力也比万有引力大得多 因此研究两个带电体间的相互作用时也忽略万有引力 一般带电体受到的重力是它和巨大地球之间的万有引力 通常都比较大 所以就不能忽略 如 带电小液滴 带电小球等 而基本粒子像电子 质子 原子核等 因为其本身质量非常小 即使与地球之间的万有引力也很小 所以基本粒子受到重力往往也很小 所以基本粒子往往可忽略不计 21 图1 2 3 22 小结 1 内容 真空中两个点电荷之间相互作用的电力 跟它们的电荷量的乘积成正比 跟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 2 公式 3 适用条件 真空 点电荷 4 点电荷 是一种理想模型 当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时 带电体可视为点电荷 k 9 0 109N m2 C2 5 注意点 大小 方向例 符合牛顿第三定律例 库仑力的运算与一般力相同 23 例 两个点电荷甲和乙同处于真空中 甲的电量是乙的4倍 则甲对乙的作用力是乙对甲的作用力的 倍 返回 24 课堂训练 3 三个相同的金属小球a b和c 原来c不带电 而a和b带等量异种电荷 相隔一定距离放置 a b之间的静电力为F 现将c球分别与a b接触后拿开 则a b之间的静电力将变为 A F 2B F 4C F 8D 3F 8 C 25 例4 两个相同的金属小球 带电量之比为1 7 相距为r 两者相互接触后在放回原来的位置上 则它们间的库仑力可能为原来的 4 7B 3 7C 9 7D 16 7 C D 26 课堂训练 4 两个半径为0 3m的金属球 球心相距1 0m放置 当他们都带1 5 10 5C的正电时 相互作用力为F1 当它们分别带 1 5 10 5C和 1 5 10 5C的电量时 相互作用力为F2 则 A F1 F2B F1 F2C F1 F2D 无法判断 B 27 点电荷 物理模型 即如果满足相互之间距离远大于带电体大小则带电体便可看做点电荷 返回 28 电荷量的测定 库仑发现 两个相同的带电金属小球互相接触后 它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等 他断定这两个小球所带的电量相等 如果把一个带电金属小球与另一个不带电的相同的金属小球接触 前者电量就会分给后者一半 q 2 q 4 q 8 表达式 F kq1q2 r2k 9 0 109N m2 c2 29 6 已知电子质量为m 电子与氢原子核的电量均为e 电子距离氢原子核为r 若电子绕氢原子核的运动为匀速圆周运动 则电子做匀速圆周运动的速度为多大 思考练习题 30 解 氢原子核对电子的库仑力提供电子绕核做匀速圆周运动的向心力 即 31 二 含库仑力的共点力的平衡 分析方法与力学相同 1 确定对象 2 受力分析 3 合成或正交分解 4 运用平衡条件 32 例题3 如图所示 用两根绝缘丝线挂着两个质量相同 均不带电的小球A和B 此时上 下丝线的张力分别为FA FB 如果使A带正电 B带负电 上 下丝线的张力FA FB 填 变大 变小 或 不变 变小 不变 33 例3 真空中等距离固定三个点电荷A B C 距离为r 电量分别为 2q q 4q 求C所受库仑力的大小与方向 思考练习题 34 方向 指向B 35 典型习题 一 两个固定点电荷A B A电荷带正电Q B带负电 3Q 另取一个可以自由移动的点电荷C 欲使点电荷C处于平衡状态 A C为正电荷 且方于B的右方B C为负电荷 且方于A左方C C为正电荷 且放于A B之间D C为正电荷 且放于A的左方 答案 BD A B Q 3Q 36 结论 1 两点电荷A B固定 引入第三个点电荷C 使第三个点电荷处于平衡状态 1 若A B带同种电荷 则C应放在A B之间 且靠近带电量小的 对C的电量 电性无要求 2 若A B带异种电荷 则C应放在A B连线的延长线上 且靠近带电量小的 对C的电量 电性无要求 37 例题4 如图在正方形的三个顶点处各固定一个点电荷Q1 Q2 电性如图 则在另一个顶点再放一个q电荷 要使q静止 Q1 Q2的大小关系如何 q的电荷量和电性能不能确定 38 典型习题 二 两个可自由移动点电荷A B A电荷带正电Q B带负电 3Q 另取一个可以自由移动的点电荷C 欲使点电荷A B C处于平衡状态 A C为正电荷 且方于B的右方B C为负电荷 且方于A左方C C为正电荷 且放于A B之间D C为正电荷 且放于A的左方 答案 B Q 3Q A B 39 2 两个可自由移动的点电荷A B 引入第三个点电荷C 使三个点电荷处于平衡状态 1 若A B带同种电荷 则C应放在A B之间 且靠近带电量小的 C的电量利用库仑定律求出 C与A B电性互异 2 若A B带异种电荷 则C应放在A B连线的延长线上 且靠近带电量小的 C的电量利用库仑定律求出 C的电性与靠近的电荷电性相反 结论 40 例8 A B两个点电荷 相距为r A带有9Q的正电荷 B带有4Q的正电荷 1 如果A和B固定 应如何放置第三个点电荷q 才能使此电荷处于平衡状态 2 如果A和B是自由的 又应如何放置第三个点电荷 使系统处于平衡状态 且求第三个点电荷的电量q的大小及电性 A B 9Q 4Q 物体平衡 请你列式 41 例5 A B两个点电荷 相距为r A带有9Q的正电荷 B带有4Q的正电荷 1 如果A和B固定 应如何放置第三个点电荷C 才能使此电荷处于平衡状态 此时对C的电性及电量q有无要求 2 如果A和B是自由的 又应如何放置第三个点电荷 使系统处于平衡状态 此时对第三个点电荷C的电量q的大小及电性有无要求 A B 9Q 4Q 42 三 含库仑力的动力学问题 运用牛顿第二定律结合运动学公式求解 43 例6 如图 质量均为m的三个带电小球A B C 放置在光滑的绝缘水平面上 彼此相隔的距离为L L比球半径r大的多 B球带电量为QB 3q A球带电量为QA 6q 若在C上加一水平向右的恒力F 要使A B C三球始终保持L的间距运动 求 1 F的大小 2 C球