辽宁省大连市高中物理 第1章 静电场 1.2 库仑定律课件 新人教版选修31.ppt

导入新课 力的大小可以求吗 第一章静电场 1 2库伦定律 教学目标 1 知识与能力 熟记库仑定律的文字表述及其公式 掌握库仑定律的适用条件 了解库伦扭秤实验 通过演示实验 了解电荷之间的作用力与哪些因素有关 明确点电荷是理想物理模型 知道带电体简化为点电荷的条件 2 过程与方法 分析问题给定条件是否满足库仑定律的适用条件 正确应用库仑定律解决多电荷之间的作用 3 情感态度与价值观 培养学生热爱科学的精神 有参与实验总结规律的热情 从而能更方便的解决实际问题 教学重难点 教学重点 教学难点 库伦扭秤实验库仑定律求解注意问题 影响电荷间相互作用力的因素库仑定律的内容及条件 一 库仑定律 二 库伦的实验 内容解析 影响电荷间相互作用力的因素 实验装置图 把一个带正电的物体放在a处 然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在p1 p2 p3等位置如上图比较小球在不同位置所受电力的大小 小球所受电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来 偏角越大 表示小球受到的电力越大 把小球挂在同一位置 增大或减小它所带的电荷量 比较小球所受电力大小的变化 实验内容 通过实验你观察到了什么现象 你能总结出都有哪些因素在影响电荷间的相互作用了吗 这些因素对作用力的大小有什么影响 结论 影响电荷间的相互作用的因素有电荷量的多少和电荷之间距离的长短 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 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 电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库伦力 库伦在前人工作的基础上通过实验研究确认 一 库仑定律 注意 该定律包括三层含义 条件 真空中静止电荷 大小 与电荷量的乘积成正比 与它们距离的二次方成反比 方向 它们的连线上 同种电荷沿连线向内 异种电荷沿连线向外 什么是点电荷呢 点电荷属于理想化模型 是不存在的 点电荷不一定很小如同质子 对任何形状的带电体 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多 以至带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计 这样的带电体可以看作点电荷 点电荷可以视为有质量 有电量 不占空间 与运动学中的质点类似的微小电荷 实验装置 库伦做实验用的装置叫做库伦扭秤 如右图所示 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b b与a所受重力平衡 当把一个带电的金属球c插入容器并使它靠近a时 a和c之间的作用力使旋线扭转 通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小 改变 和 之间的距离 二 库伦的实验 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 归纳 记录每次悬丝扭转的角度 便可以得到力 与距离 的关系 结果是力 与距离 的二次方成反比 即 由于当时实验设备限制 无法用实验测得物体所带电量 库伦的实验中没有准确的电荷量 而是一系列电荷量的均分 库伦发现 两个相同的金属小球 一个带电 一个不带电 互相接触后 它们对相隔同样距离的第三个小球的作用力相等 所以他断定这两个小球的带电量相等 上式中和表示两个点电荷的电荷量 用r表示它们之间的距离 用f表示它们之间的相互作用力 式中的k是一个常量 叫做静电力常量 用一个公式来表示库伦定律 就是 在国际单位制中 电荷量的单位是库伦 简称库 符号是c 在上式中如果各个物理量都用国际制单位 即电荷量的单位用c 力的单位用n 距离的单位用m 则由实验得出 注意 r为两个点电荷之间的距离 若带电体为金属小球 应先考虑电荷间的排斥与吸引问题 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 想一想 库伦定律是定量分析电荷间相互作用力的基本规律 表达式 请你思考下面的问题 库伦定律只适用于真空中的点电荷 当两个带电体无限靠近 即r 0时 带电体不能看成点电荷 当然就不能应用库仑定律来计算 将 和点电荷场强公式电场力f eq 联系起来 库仑定律可以理解为点电荷q1在q2处产生的场强与q2的乘积或点电荷q2在q1处产生的场强与q1的乘积 提示 库伦 1736 1806 法国物理学家 用库伦扭秤实验研究了电荷间相互作用的电力 于1785年发现了库仑定律 库伦 小资料 两个带电量为1c的点电荷在真空中相距1m时 相互作用力是9 0 109n 差不多相当于一百多吨的物体的重力 由此可见 库伦是一个非常大的电荷量单位 通常一把梳子和衣袖摩擦所带的电荷量不到百分之一库伦 但在天空中发生闪电之前 巨大的云层中积累的电荷可达几百库伦 已知质子的质量是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 试比较氢原子中氢核与电子之间的库伦力和万有引力 解 氢核与电子所带的电荷量都是1 6 10 19c 可见 微观粒子间的万有引力小于库伦力 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 库仑定律是电磁学的基本定律之一 库仑定律给出的虽然是点电荷的静电力 但是 任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的 所以 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就可以求出带电体间的静电力的大小和方向 注意 如果存在两个以上电荷 那么每个电荷都要受到其它所有电荷对它的作用力 因此 两个或两个以上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 遵循平行四边形定则 课堂小结 一 库仑定律 公式 二 库伦的实验 由于当时的条件所限 库伦无直接测定带电金属球所带电荷量 只能通过实验 将带电小球所带的电量均分给两个完全一样的小球 通过观察受力来判断带电量是相等 库伦的实验中并未涉及到确切的电荷量 只是一系列电荷的均分值 库仑定律的适用条件 真空中 点电荷 课堂练习 1 关于库仑定律 下列说法正确的是 cd a 库仑定律适用于点电荷 点电荷其实就是体积很小的带电体 b 根据 当两个带电体间的距离趋近于零时 库仑力将趋向无穷大 c 库仑定律的表达式和万有引力定律的表达式很相似 它们都是跟距离的平方成反比例的定律 d 静电力常量k的值为 2 图两个相同的金属球放在光滑绝缘的水平面上 其中a求带9q的正电荷 b求带q的负电荷 由静止开始释放 经图示位置时 加速度大小均为a 然后发生弹性正碰 返回到图示位置时的加速度均为 3 设氢原子核外电子绕核运动的半径为r 电子质量为m 电荷量为e 则电子绕核运动的速度为 转动频率为 4 将缘来相距较近的两个带同种电荷的小球同时由静止释放 小球放在光滑绝缘的水平面上 它们仅在相互作用间库伦力作用下运动的过程中 a 它们的相互作用力不断减少 b 它们的加速度之比不断减少 c 它们的动量之和不断增加 d 它们的动能之和不断增加 ad 5 如图所示 一个挂在丝线下端的带正电的小球b静止在图示位置 固定的带正电荷的a球电荷量为q b球的质量为m 电荷量为q 30 a和b在同一水平线上 整个装置处在真空中 求ab两球间的距离 a e mg qb e 2mg qc e 3mg qd 不能确定 c 7 如图所示 在光滑水平面上的o点系一长为l的绝缘细线 线的另一端系一质量为m 带电荷量为q的小球 当沿细线方向 加上场强为e的匀强电场后 小球处于平衡状态 现给小球一垂直于细线方向的初速度 使小球在水平面上开始运动 若很小 则小球第一次回到平衡位置所需要的时间为 用周期公式解答 提示 高考链接 1 2004年全国 一带正电的小球 系于长为l的不可伸长的轻线一端 线的另一端固定在o点 它们处在匀强电场中 电场的方向水平向右 场强的大小为e 已知电场对小球的作用力大小等于小球的重力 现在把小球拉到图示的p1处 使轻线拉直 并与场强方向平行 然后由静止释放小球 已知小球在经过最低点的瞬间 因受线的拉力作用 其速度的竖直分量突变为零 水平分量没有变化 则小球到达与p1点等高的p2点时速度的大小为 c 小球从p1到最低点 小球水平方向的速度为 点拨 1 若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为 2 2001年全国 如图所示 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 负 负 点拨 3 2007年重庆 如图所示 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a 在两次试验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球b 当b达到悬点o的正下方并与