第2节静电力库仑定律.ppt

第一章静电场,1.2库仑定律,电荷间的相互作用规律:同种电荷相斥，异种电荷相吸,这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力静电力与哪些因数有关?,与带电体的电量有关与带电体之间的距离有关与带电体自身的大小及形状有关与带电体所处的空间物质即介质有关,真空中点电荷的静电力与电量和距离有关,简单化:在真空(空气)中研究，点电荷,猜想:,当LR1、2时,物体大小形状可忽略,控制变量法,理想化模型,体积小就是点电荷?,一.静电力与点电荷模型,实验探究：电荷间作用力的大小跟距离、电荷量的关系,研究方法：控制变量法.,1、F与r的关系（保持两球上的电量不变）,结论：保持两球上的电量不变，改变两球之间的距离r，从实验得出静电力随距离的减小而增大。,2、F与q的关系（保持两球间的距离不变）,结论：保持两球间的距离不变，改变两球的带电量，从实验得出静电力随电量的增大而增大。,定量测定：库仑扭称,库仑扭称,FQ1Q2，F1/r2，,二、库仑定律,1、定律内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小,跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比,跟它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。,3、适用范围：,其中K叫静电力常量：k=9.0109Nm2/C2,2、表达式：,真空中,点电荷,电荷之间的相互作用力遵从牛顿第三定律，则无论两电荷的电荷量大小关系如何，两个电荷受到的库仑力总是大小相等。,4、说明：,静电力叠加原理：对于两个以上的点电荷，每一个点电荷所受的总的静电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。（采用力的合成求合力）,由于空气对静电力的影响很小，库仑定律也适用于空气中的点电荷。,计算时电量代绝对值求F大小，再根据“同种电荷排斥，异种电荷吸引”判断F方向。,两电荷间相互作用力叫库仑力或静电力,r,r,3r,+Q,+Q,例题1：两个小球的带电量和距离如图所示，则两电荷间的库仑力：（）A、B、C、D、不能确定,等效点电荷的距离增大,B,+q,+Q,m,r,思考：若两球带异种电荷，应选哪项？,例题2：如右图，求+q受到的静电力？,解析：由于带电体不能视为点电荷，所以不能根据库仑定律计算它们受到的静电力。,即：,本题应从悬挂小球受三个力作用处于平衡状态来求+q受到的静电力。,例3：用绝缘丝线悬挂一质量为m的带电小球B,放置在电荷量为+Q的小球A附近.如图所示,A、B两球在同一水平面上相距L,丝线与竖直方向夹角=37o,A、B两带电球可看成点电荷。试求：(1)丝线拉力(2)A、B两球之间的静电力(3)B球所带电荷的性质(4)B球的电荷量的大小,2.两个点电荷甲和乙处于真空中,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.,3.两个相同的可视为点电荷的金属小球，带电量之比为17，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,课堂练习,1,CD,D,三、静电力与万有引力的比较,1、相似,两种力都与r2成反比。,两种力都与产生力原因相关的物理量（电量或质量）的乘积成正比。,两种力的方向都在两个物体的连线上。,2、区别静电力可以是斥力，也可以是引力；而万有引力只能是引力。,例4：(课本P13),氢原子核只有一个质子，核外有一个电子绕核旋转，轨道半径r=5.2810-11m。已知电子的电荷量大小为e=1.6010-19C，质量m1=9.1010-31kg；质子电荷量的大小与电子的相同，质量m2=1.6710-27kg。求电子与质子之间的静电力和万有引力。,解：静电力的大小：,万有引力的大小：,可见，对于微观粒子，相互之间的静电力远远大于万有引力，一般情况下万有引力可忽略不计。,e,P,r,四、静电力叠加原理（多个点电荷的问题）,实验证明：两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个或两个以上点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。,此电荷所受的库仑力怎么求？,例5：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+210-6c,求：Q3所受的库仑力。,解：Q3共受F1和F2两个力的作用，Q1=Q2=Q3=Q，相互间的距离r都相同，所以,F1=F2=K,=0.144N,根据平行四边形定则，合力是:,合力的方向沿Q1与Q2连线的垂直平分线向外.,例6：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。如果A和B固定，应如何放置第三个点电荷qC，才能使此电荷处于平衡状态？（指出电性和位置）,+,+,A,B,9Q,4Q,解析：由点电荷qc受力平衡分析可知qc应放在AB连线之间，qc是正电荷或负电荷都可以。,A、B对C的静电力分别为：,由平衡条件：,解得：,思考：1.如果B带负电，那么qc的电性和位置又是如何？2.若A、B不固定，要使A、B、C都处于平衡，那么C的电荷量和位置又是如何？,解析：如图所示，首先分析点电荷C可能放置的位置，要使点电荷C处于平衡，则AB对其作用力必须在一条直线上，故C只能在AB决定的直线上，不能在直线之外。而可能的区域有3个，一是AB连线的延长线上，放B的右侧，二是在BA连线的延长线上，放A的左侧，这两种情况下A、B对C都是同向斥力（或同向引力），都不可能使C处于平衡。三是AB间，此时A、B对C都是反向斥力（或反向引力），可能使C平衡。所以C只能在AB之间。,例7:有AB两个带正电的小球,电荷量分别为Q和9Q,在真空中相距L,如果引入第三个小球C,恰好使得3个小球只在相互的静电力作用下都处于平衡状态,第三个小球应带何种电荷,应放在何处,电荷量又是多少?,+,+,A,B,Q,9Q,解析：每个带电小球都受到另外两个小球的库仑力作用，且都要处于平衡状态，由受力分析可知小球C应放在AB连线之间，且应带负电荷。,由C受力平衡FAC=FBC有：,解得：,由A受力平衡FBA=FCA有：,解得：,所以第三个小球C应放在AB连线之间距A为处，电荷量为,思考：若B带负电，要使A、B、C都处于平衡，那么C的电荷量和位置又是如何？,+,-,A,B,+4Q,-Q,例题8：相距为L的点电荷A、B的带电量分为+4Q和-Q，要引进第三个点电荷C，使三个点电荷在库仑力作用下都能处于平衡状态，试求C电荷的电量和放置的位置？,解析：如图所示，首先分析点电荷C可能放置的位置，三个点电荷都处于平衡，彼此之间作用力必须在一条直线上，C只能在AB决定的直线上，不能在直线之外。而可能的区域有3个，一是AB间，A与B带异性电荷互相吸引，C电荷必须与A、B均产生推斥力，这不可能。二是在BA连线的延长线上，放A的左侧，此时C离A近，A带电荷又多，不能同时使A、B处于平衡。三是AB连线的延长线上，放B的右侧且带正电能满足A、B同时处于平衡，C同时也平衡。,解：设点电荷C置于B的右侧且距离B为x，带电荷为q，则,由C受力平衡FAC=FBC有：,由B受力平衡FCB=FAB有：,由上面两解得：,两同夹异,两大夹小,近小远大,特点：,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球所带电量为多少？带何种电荷？,+,它们能都处于静止状态?,它们什么相同?要确定C带什么电?先研究谁?,解得,思考：三个点电荷呈三角形分布，q