高中物理新课程库仑定律课件人教版库仑定律.ppt

第一节库仑定律 叶集中学李明亮 初中的知识 2 不带电的物体内存在电荷 且存在等量正 负电荷 在物体内中和 对外不显电性 1 自然界只存在两种电荷 同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引 2 一般情况下物体不带电 不带电的物体内是否存在电荷 如何使物体带电 3 摩擦起电的实质是什么 3 摩擦起电的实质是 一个物体失去一些电子而带正电 另一个物体得到这些电子而带负电 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 1 初中学过自然界中有几种电荷 它们间的相互作用如何 摩擦起电 一 电荷 是否有其他方法使物体带电 1 自然界只存在两种电荷 正电荷 负电荷 同电相斥 异电相吸 2 电荷量 3 使物体带电的方法及其实质 1 摩擦起电 2 感应起电 使物体带电 不是创造了电荷 而是使物体中的正 负电荷分开 即电子的转移 3 接触带电 还有其他方法吗 电荷的多少 单位 库仑 c 实质 自由电子在物体间的转移 实质 电荷在物体上的定向移动 实质 自由电子在物体间的转移 起电方式 摩擦起电 静电感应 接触起电 实质 电荷的转移 电子得失是电荷转移的根本原因 使物体带电 不是创造了电荷 而是使物体中的正 负电荷分开 即电子的转移 通过前面的学习 我们清楚了物体带电的本质 那么一个带电体究竟带多少电呢 6 电荷量e 指电子 或质子 所带的电荷量 叫元电荷 e 1 60 10 19c 5 所有带电体的电荷量或者等于电荷量e或者是电荷量e的整数倍 一 电荷 4 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消灭 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 电荷的总量不变 粒子电荷量q和粒子质量m之比 一 电荷 7 荷质比 比荷 电子的比荷 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 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 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 8 点电荷 一个新的物理模型 例题 例1 关于点电荷的概念 下列说法正确的是 a b c d 对于任何带电球体 总可把它看作电荷全部集中在球心的点电荷 只有体积很小的带电体才能看作点电荷 体积很大的带电体一定不能看作点电荷 当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时 这两个带电体可看作点电荷 c 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 二 库仑定律 实验1 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 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 二 库仑定律 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 电荷间相互作用的电力f叫做静电力或库仑力 2 大小 k 9 0 109n m2 c2 3 方向 同性相斥 异性相吸 k 静电力常量 4 适用条件 真空 空气中近似成立 点电荷 5 应用多个电荷的库仑定律时 应注意 任意两个静止电荷间都存在一对库仑力 满足牛三定律 任何两个电荷之间的相互作用都满足库仑定律表达式 不因其他电荷存在而受影响 任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力 几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则 两个运动电荷之间我们也可以应用库仑定律 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中的一种很重要的方法 他还给我们留下了不少宝贵的著作 其中最主要的有 电气与磁性 一书 共七卷 1785年至1789年公开出版发行 库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一 他的杰出贡献是永远也不会磨灭的 库仑简介 例题 例2 试比较电子和质子间的静电引力和万有引力 已知电子质量m1 9 1 10 31kg 质子质量m2 1 67 10 27kg 电子和质子的电荷量都是1 60 10 19c 解 电子和质子的静电引力f1和万有引力f2分别是 f1 f2 kq1q2 gm1m2 9 0 109 1 60 10 19 1 60 10 19 6 67 10 11 9 1 10 31 1 67 10 27 2 3 1039 以后在研究带电微粒间相互作用时 经常忽略万有引力 2 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 三 电荷中和现象 电荷均分原理 的性质 电荷均分原理 1 带等量异种电荷的物体相互接触后都不显电性 这种现象叫做电中和现象 5c 三 电荷均分原理 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 的性质 2 5c 三 电荷均分原理 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 的性质 如原来带异种电荷 先中和后均分 3c 5c 3c 2c 2c 2 1c 三 电荷均分原理 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 的性质 5c 3c 2c 2c 2 1c 如原来带异种电荷 先中和后均分 三 电荷均分原理 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 的性质 1c 如原来带异种电荷 先中和后均分 三 电荷均分原理 当两个完全相同 形状和大小 的带电体相接触时 均分电量 的性质 5c 3c 2c 2c 2 1c 例3 把两个完全相同的小球接触后分开 两球相互排斥 则两球原来的带电情况可能是 a b c d 原来的其中一个带电 两个小球原来分别带等量异种电荷 两个小球原来分别带同种电荷 两个小球原来分别带不等量异种电荷 acd 四 库仑定律的应用 例4 有三个完全相同 大小可以忽略的金属小球a b c a带电量7q b带电 q c不带电 将a b固定起来 然后让c球反复与a b接触 最后移去c球 试问a b间的库仑力变为原来的多少 解 由于c在a b间反复接触 故最终三个球的带电量必相同 故 四 带电体的静电平衡 在真空中某处同时存在几个带电体 由于相互间库仑力的作用而保持平衡状态的现象 处理方法 库仑定律 受力分析 例4 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 点电荷的静电平衡 rac 3r 5 qc 36q 25 例5 有两个半径为r的带电金属球中心相距为l l 4r 对于它们之间的静电作用力 设每次各球带电量绝对值相同 a 带同种电荷时大于带异种电荷时b 带异种电荷时大于带同种电荷时c 带等量负电荷时大于带等量正电荷时d 大小与带电性质无关 只取决于电量 q q l 4r 库仑定律的应用 解题提醒 点电荷 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 库仑定律的适用是什么条件 例6 两个带同种电荷的相同金属小球 两球距离远大于小球的直径 所带电量分别为q1 q2 现让它们接触后再放回原处 那么它们的相互作用与原来相比 a 可能变大b 可能变小c 可能不变d 以上三种都可能存在 q1 q2 库仑定律的应用 学习提醒 我们需要用何知识点来解这道题 电荷均分原理和库仑定律 代数平均数不小于几何平均数 例 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 根据可知 当r0时 f d 静电力常量的数值是由实验得到的 答案 d 牛刀初试 8 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 点电荷的静电平衡 q1 q1 q2 q f1 f1 f f q f1 f1 f f f f 例9 如图示 半径为r的绝缘球壳上均匀的带有电量为 q的电荷 另一电荷量为 q点电荷放在球心o上 由于对称性 点电荷受力为零 现在设球壳上挖去半径为r r r 的一个小孔 则此时置于球心上的点电荷所受的力大小为多大 方向如何 r q q f 方法 等效法 方向 由q指向小孔中心 9 如图所示 a b是带有等量的同种电荷的两小球 它们的质量都是m 它们的悬线长度是l 悬线上端都固定在同一点o b球悬线竖直且被固定 a球在力的作用下 偏离b球x的地方静止平衡 此时a受到绳