教科版选修31静电场 库仑定律 课件（25张）.ppt

1 2库仑定律 第一章静电场 知识回顾 1 自然界中存在着两种电荷 即 与 2 同种电荷相互 异种电荷相互 3 起电方法 起电 起电 起电 4 电荷守恒定律 电荷既不能被创造 也不能被消灭 它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 1 质子质子是构成原子的基本粒子 常用符号p表示 它和中子一起构成原子核 质子带1个单位正电荷 它带的电量等于电子带的电量 只是电性相反 举例 氢的原子核就是质子 它的质量是1 6726 10 27kg 约为电子质量的1836 2倍 原子中所有质子的质量和所有中子的质量之和 近似地等于原子的质量 原子核内的质子数决定元素的名称 也决定该元素在周期表中的原子序数和核外的电子总数 2 电子电子是构成原子的基本粒子之一 常用符号e表示质量极小 带单位负电荷 在原子中围绕原子核旋转 不同的原子拥有的电子数目不同 例如 每一个碳原子中含有6个电子 每一个氧原子中含有8个电子 能量高的离核较远 能量低的离核较近 通常把电子在离核远近不同的区域内运动称为电子的分层排布 质子和电子 1 什么样的情况下 可以将物体看成质点 2 质点实际存在吗 想一想 通过与质点相类比 你能说出出什么样的情况下可以将带点体看成是点电荷呢 一 点电荷 1 点电荷 当一个带电体本身的线度比它到其他带电体的距离小很多 以至在研究它与其他带电体的相互作用时 该带电体的形状大小以及电荷在其上的分布状况均无关紧要 该带电体可看做一个带电的点 这样的电荷称为点电荷 2 点电荷 是一种理想化的模型 质点 在物体的大小和形状不起作用 或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时 我们近似地把该物体看作是一个只具有质量而其体积 形状 大小可以忽略不计的理想物体 用来代替物体的有质量的点称为质点 是物理学的一个理想化模型 线度一般指物体从各个方向来测量时的最大的长 宽 度 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与哪些因素有关呢 思考一 这个力的大小通过什么可以比较出来 思考二 你认为这个力的大小会与哪些因素有关 思考三 多个因素影响的时候 我们一般会采用什么方法进行研究 二 探究影响电荷间相互作用力的因素 a 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 用数学公式语言进行相关描述 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 实验定性 用文字语言进行相关描述 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 三 库仑的实验 1 实验装置 库仑扭秤 2 器材组成 细银丝 绝缘架 带电的金属小球a和c 不带电的小球b 3 实验原理 a和c之间的作用力使悬丝扭转 扭转的角度和力的大小有一定的对应关系 思考 b球的作用是什么呢 4 实验方法 控制变量法 5 实验步骤 探究f与r的关系 1 把另一个带电小球c插入容器并使它靠近a时 记录扭转的角度可以比较力的大小 2 改变a和c之间的距离r 记录每次悬丝扭转的角度 便可找出f与r的关系 探究f与q的关系 改变a和c的电量q1 q2 记录每次悬丝扭转的角度 便可找出f与q1 q2的关系 在库仑那个时代 还不知道怎么样测量物体所带的电荷量 甚至连电荷量的单位都没有 又怎么样做到改变a和c的电荷量呢 库仑定律 1 当电量不变时 f与距离r的二次方成反比 f 2 当之间距离不变时 f与 的乘积成正比 f 实验结论 1 内容 真空中两个静止的点电荷之间的作用力 斥力或引力 与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比 跟它们之间距离的二次方成反比 作用力的方向沿着这两个点电荷的连线 2 表达式 其中 k叫静电力常量 k 9 0 109n m2 c2 四 库仑定律 注意 1 计算库仑力的大小时 q1 q2只代大小 和 号不代入 2 库仑力的方向沿着两个点电荷连线 通过同种电荷排斥 异种电荷吸引来确定 3 k 静电力恒量 k 9 0 109n m2 c2 其大小是用实验方法确定的 其单位是由公式中的f q r的单位确定的 使用库仑定律计算时 各物理量必须统一国际单位 fn qc rm 4 库仑力也称为静电力 它是一种性质力 是矢量 合成分解时遵从平行四边形定则 5 在中 f是q1与q2之间的相互作用力 是一对作用力和反作用力 即大小相等方向相反 不能理解为q1 q2 受的力也不等 4 实用范围 真空 静止 点电荷 三 点电荷 1 点电荷 当一个带电体本身的线度比它到其他带电体的距离小很多 以至在研究它与其他带电体的相互作用时 该带电体的形状大小以及电荷在其上的分布状况均无关紧要 该带电体可看做一个带电的点 这样的电荷称为点电荷 2 点电荷 是一种理想化的模型 一 真空 在真空科学中 真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态 人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况 简言之 就是在一个空间内 如果完全没有气体 那就是完全真空 所谓宇宙空间也就是这样的 二 静止 2 运动点电荷周围的电场因点电荷运动而发生变化 所以会产生磁场 因此要算相互作用力的话还要加上洛伦兹力 1 库仑定律的真正形式是f q1 q2 4 r 2 其中 是介电常数 它是和材料有关的常数 在真空中 0 8 85 10 12 c nm 2 在高中物理中 为了简单起见 通常令k 1 4 将库仑定律化简为f kq1 q2 r 2 由此可见 k是和材料有关的物理常数 3 如果不是点电荷 那么电荷就会分布在一定的空间范围里 那么此时想要处理库仑力就必须要用积分等数学工具 条件拓展 1 下列说法中正确的是 a 点电荷是一种理想模型 真正的点电荷是不存在的b 点电荷就是体积和带电量都很小的带电体c 根据库仑定律可知 当r0时 f 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 ad 例题讲解 2 在真空中 一个电荷量为2 0 10 9c的点电荷q 受到另一个点电荷q的吸引力为8 1 10 3n q与q间的距离为0 1m 求q的电荷量 解 解 氢原子核与电子之间的库仑力f电为 3 在氢原子中 原子核只有1个质子 核外只有1个电子 它们之间的距离r 5 3 10 11m 求氢原子核与电子之间的库仑力f电与它们之间的万有引力f引的比值 已知质子的质量为1 67 10 27kg 电子的质量为9 1 10 31kg 氢原子核与电子之间的万有引力f引为 发现 微观粒子间的万有引力远小于库仑力 在无特殊说明情况下 研究微观带电粒子的相互作用时 可以把万有引力忽略 f电 f引 方法归纳 静电力 库仑力 叠加对于两个以上的点电荷 其中每一个点电荷所受的总的库仑力 等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和 平行四边形定则求合力 4 见教材p9例题 5 真空中有三个点电荷 它们固定在边长为50cm的等边三角形的三个顶点上 每个点电荷都是q 2 10 6c 求它们的库仑力 6 在真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球a和b 均可看做点电荷 分别固定在两处 两球间静电力为f 现用一个不带电的同样的金属小球c先与a接触 再与b接触