1.2库仑定律 (1).ppt

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 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 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 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 影响两点电荷间作用力的因素 距离和电荷量 实验表明 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 库仑定律 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 电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力 大小 适用范围 1 真空中 2 点电荷 其中K叫静电力常量 k 9 0 109N m2 C2 方向 同性相斥 异性相吸 典型例题 例1 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 如体积小于1 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 答案 A B D 典型例题 答案 D 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 例如在研究带电体间的相互作用时 如果带电体本身的线度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 但点电荷本身的线度不一定很小 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 点电荷 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 库仑定律和万有引力定律都遵从平方反比规律 人们至今还不能说明它们的这种相似性 物理学家还在继续研究 典型例题 图1 2 3 库仑扭秤 如图4 1 1 由悬丝 横杆 两个带电金属小球 一个平衡小球 一个递电小球 旋钮和电磁阻尼部分等组成 两个带电金属小球中 一个固定在绝缘竖直支杆上 另一个固定在水平绝缘横杆的一端 横杆的另一端固定一个平衡小球 横杆的中心用悬丝吊起 和顶部的旋钮相连 转动旋钮 可以扭转悬丝带动绝缘横杆转动 停在某一适当的位置 横杆上的金属小球 称为动球 和竖直支杆上的固定小球都在以O为圆心 半杆长L为半径的圆周上 动球相对于固定小球的位置 可通过扭秤外壳上的刻线标出的圆心角来读出 当两个金属小球带电时 横杆在动球受到的库仑力力矩作用下旋转 悬丝发生扭转形变 悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相平衡时 横杆处于静止状态 仪器的中心轴上装有一个永磁体托架 旋开其上紧固螺钉 可使托架升降 以改变永磁体和横杆上的阻尼金属板的距离 调整横杆转动的电磁阻尼时间 整个仪器都装在有机玻璃罩内 既有较高的透明度 又可防灰尘 有机玻璃罩的下半部做成可开合的门 以便清洁绝缘横杆和竖立支杆 调整绝缘横杆的水平 使金属小球带电等 仪器的底座上装有三个螺旋支脚 旋转支脚 可调底座水平 库仑扭秤 库仑的实验 1 F与r有关 2 F与q有关 库仑的实验 研究方法 控制变量法 库仑扭秤1 avi 库仑扭秤3 avi 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 库仑扭秤1 avi 库仑扭秤2 avi 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 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 两个放在绝缘上的相同金属球A B 相距d 球的半径比d小得多 分别带有电荷3q和q A球受到的库仑引力大小为F 1 B球受到的库仑引力为 2 若保持球A B的电荷量不变 电荷间的距离增大为原来的2倍 电荷间的作用力为 3 若保持球A B间距离不变 电荷量都增大为原来的2倍 电荷间的作用力为 4 现将这两个金属球接触 然后仍放回原处 则电荷间的作用力将变为 引力或斥力 大小为 课堂训练 课堂训练 2 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 答案 B 库仑 1736 1806 库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆 库仑家里很有钱 在青少年时期 他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 他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作 工作了八年以后 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 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 同年 他在给法国科学院的 电力定律 的论文中详细地介绍了他的实验装置 测试经过和实验结果 库仑不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献 做为一名工程师 他在工程方面也作出过重要的贡献 他曾设计了一种水下作业法 这种作业法类似于现代的沉箱 它是应用在桥梁等水下建筑施工