人教版选修3—1第一章第一节电荷库仑定律

1、回顾：回顾：1 1、初中学过自然界有几种电荷，如何、初中学过自然界有几种电荷，如何使物体带电？使物体带电？2 2、如何检测物体是否带电？、如何检测物体是否带电？3 3、带电体之间的相互作用如何表现、带电体之间的相互作用如何表现? ?4 4、电荷的多少用什么表示？、电荷的多少用什么表示？ 闪电是如何形成的？第一章 电场电场 库仑定律库仑定律 2004年7月23日，一道闪电和紧跟着的一声巨雷让挤在居庸关长城烽火台避雨的数十人被震倒在地上，一些游客瞬时失去了知觉至少有15人因伤住进医院。 8 8月月2828日日1818时许，吐尔洪乡乌亚拜村夏季牧场突然雷时许，吐尔洪乡乌亚拜村夏季牧场突然雷电电交加下

2、起暴雨。当时，牧民叶生和哈力木别克正在海交加下起暴雨。当时，牧民叶生和哈力木别克正在海拔拔20002000多米高的铁斯克塔斯山上放羊。暴风雨中，一多米高的铁斯克塔斯山上放羊。暴风雨中，一个火球突然落入羊群里羊的哀号声顿时传遍山坡。个火球突然落入羊群里羊的哀号声顿时传遍山坡。雷电富兰克林:接引雷电下九天 统一天电地电借助一只普通的风筝就进入带雷的云区借助一只普通的风筝就进入带雷的云区在风筝的上端固定了一根尖头的金属丝在风筝的上端固定了一根尖头的金属丝在风筝的末端绑上一把金属钥匙在风筝的末端绑上一把金属钥匙电闪雷鸣时，风筝线尾端的麻绳纤维相互排电闪雷鸣时，风筝线尾端的麻绳纤维相互排斥地耸立起来斥地

3、耸立起来伸手摸向钥匙，结果受到了强烈的电震伸手摸向钥匙，结果受到了强烈的电震用莱顿瓶收集用莱顿瓶收集雷电是也是放电现象雷电雷电“喜爱喜爱”在尖端放电，所以在雷电在尖端放电，所以在雷电交交加时，人在旷野上行走，或扛着带铁的加时，人在旷野上行走，或扛着带铁的金属农具，或骑在摩托车上，或恰恰举金属农具，或骑在摩托车上，或恰恰举起高尔夫球杆，或在电线杆、大树下躲起高尔夫球杆，或在电线杆、大树下躲雨，人或物体容易成为放电的对象而招雨，人或物体容易成为放电的对象而招来雷击。建筑物的顶端或棱角处，也很来雷击。建筑物的顶端或棱角处，也很容易遭受雷击；此外，金属物体和管线容易遭受雷击；此外，金属物体和管线都可能

4、成为雷电的最好通路。都可能成为雷电的最好通路。 公元前公元前600600年年希腊泰勒斯希腊泰勒斯摩擦过的琥珀摩擦过的琥珀能吸引轻小的物体能吸引轻小的物体公元公元1 1世纪世纪 王充王充顿牟掇芥顿牟掇芥摩擦过的玳瑁的壳摩擦过的玳瑁的壳吸引轻小的物体吸引轻小的物体吉尔伯特吉尔伯特他于1540年5月24日生在英国一个大法官家里。年轻时就读于剑桥大学圣约翰学院，攻读医学，获医学博士学位。毕业后已成为英国名医。由于他医术高明，1601年担任英国女王伊丽莎白一世的御医，直到1603年12月10日逝世。 吉尔伯特在物理学中的贡献是开创了电学和磁学。1600年他发表了一部巨著论磁系统地总结和阐述了他对磁的研究

5、成果。使他在物理学史上留下了不朽的位置吉尔伯特对电也作过详细研究。他用琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、明矾等做样品，作了一系列实验，发现经过摩擦，它们都可以具有吸引轻小物体的性质。他认识到这是一种物质普遍具有的现象，因此根据希腊文琥珀引入引入“电的电的”(electric)一词并且把象琥珀这样经过摩擦后能吸引轻小物体的物体称做“带电体”。吉尔伯特还发明了第一只验电器第一只验电器一、电荷一、电荷2 2、电荷间的相互作用：、电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 +_3 3、电荷的多少叫电荷量，、电荷的多少叫电荷量，符号：符号：Q Q（q q）单位：库仑

6、（库）单位：库仑（库） 符号：符号：C C 1、自然界中的两种电荷、自然界中的两种电荷把用丝绸摩擦过的把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带玻璃棒所带的电荷的电荷称为称为正电荷正电荷把用毛皮摩擦过的把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带硬橡胶棒所带的电的电荷称为荷称为负电荷负电荷同种电荷互相排斥同种电荷互相排斥异种电荷互相吸引异种电荷互相吸引如何判断物体是否带电如何判断物体是否带电金属箔片金属箔片金属球金属球金属杆金属杆金属指针金属指针原子原子原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子（正电正电）（不带电（不带电）（中性）（中性）（负电负电）（正电正电）1 1、摩擦起电、摩擦起电物质的微观结构是怎样的？物质的微观

7、结构是怎样的？+摩擦起电摩擦起电离原子核较远的电子受到束缚能力小，不同的核对外层电子的束缚能力也不同电子从一个物体电子从一个物体转移转移到另一个物体到另一个物体一个物体得到电子：带一个物体得到电子：带负电负电另一个物体失去电子：带另一个物体失去电子：带正电正电摩擦起电的实质是：摩擦起电的实质是：+e带电规律：等量异种等量异种电荷金属导电机理：金属导电机理：自由电子自由电子2、感应起电、感应起电-I I感应起电感应起电带电规律：带电规律：近异远同近异远同等量分开等量分开静电感应静电感应：把电荷移近不带电的导体，可以：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应使导体带电的现象，叫做

8、静电感应 感应起电感应起电：利用静电感应使物体带电，：利用静电感应使物体带电，叫做感应起电叫做感应起电思考思考3 3、接触带电、接触带电接触结果：接触结果：先中和再均分先中和再均分两个两个完全相同完全相同的带电导体的带电导体,接触后再分开接触后再分开电荷中和现象及电荷均分原电荷中和现象及电荷均分原理：理：1 1）带等量异种电荷的物体相互）带等量异种电荷的物体相互接触接触后都不显电性，这种现象叫做后都不显电性，这种现象叫做电电中中和现象和现象。2 2）两个相同的带电金属导体接）两个相同的带电金属导体接触后触后电荷要重新平均分配，这种现电荷要重新平均分配，这种现象叫象叫做做电荷均分电荷均分原理。原

9、理。 +带正电的玻璃棒接触验电器带正电的玻璃棒接触验电器的金属球时，电荷该怎样运的金属球时，电荷该怎样运动，验电器有何种表现？移动，验电器有何种表现？移走玻璃棒后指针的表现？走玻璃棒后指针的表现？带正电的玻璃棒靠近验电器带正电的玻璃棒靠近验电器的金属球时，验电器的指针的金属球时，验电器的指针转动吗，验电器的带电情况转动吗，验电器的带电情况移走玻璃棒后指针的表现？移走玻璃棒后指针的表现？电荷既不能创造电荷既不能创造,也不能消灭也不能消灭,它只能从它只能从一个物体转移到另一个物体一个物体转移到另一个物体,或从物体的或从物体的一部分转移到另一部分一部分转移到另一部分,在转移的过程中，在转移的过程中，

10、系统的电荷总数保持不变系统的电荷总数保持不变.二、电荷守恒定律：二、电荷守恒定律：能量守恒定律能量守恒定律e =1.601019 C元电荷元电荷科学家实验发现的最小电荷量最小电荷量就是电子所带的电荷量的绝对值绝对值。所有带电体的电荷量或电荷转移时的电所有带电体的电荷量或电荷转移时的电量都是量都是e的整数倍。的整数倍。既然电荷之间存在既然电荷之间存在相互作用，那么作相互作用，那么作用力的大小由那些用力的大小由那些因素决定呢？因素决定呢？F FmgmgT TtanmgF 1、库仑力（静电力）静止的电荷间的相互作用静止的电荷间的相互作用 库仑力（静电力）库仑力（静电力）带电体的形状和大小对相互作用力

11、的大小可以忽带电体的形状和大小对相互作用力的大小可以忽略，那么带电体可以看作一个点，称为略，那么带电体可以看作一个点，称为点电荷。点电荷。例例:一个半径一个半径r1=10cm的带电圆盘的带电圆盘,如果考虑它如果考虑它和和d1=10m处某个电子的作用力处某个电子的作用力,就完全可以就完全可以把它看作把它看作_. 点电荷点电荷一个无限大的带电平面一个无限大的带电平面而如果这个电子离带电圆盘只有而如果这个电子离带电圆盘只有d2=1mm,那那么这一带电圆盘又相当于么这一带电圆盘又相当于_. 1 1、关于点电荷的下列说法中正确的是、关于点电荷的下列说法中正确的是A .A .真正的点电荷是不存在的真正的点

12、电荷是不存在的B .B .点电荷是一种理想模型点电荷是一种理想模型C .C .足够小的电荷就是点电荷足够小的电荷就是点电荷D .D .一个带电体能否看成点电荷，不是看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忽略不计对所研究的问题的影响是否可忽略不计A B D A B D 库仑库仑(Coulomb 17361806): 法国物理学家；法国物理学家；1785年年，库仑定律，库仑定律ABC库仑定律与万有引力定律的比较：库仑定律与万有引力定律的比较：定定律律公式公式公式公式适用适用范围范围共同点共同点不同点不同点影响

13、大小影响大小的因素的因素库库仑仑定定律律221rQQkF 与两个物与两个物体质量有体质量有关，只有关，只有引力。引力。都与都与距离的距离的平方成平方成反比。反比。都有都有一个常一个常数。数。万有万有引力引力定律定律2rMmGF 点电点电荷荷质点质点与两个物与两个物体电量有体电量有关，有引关，有引力，也有力，也有斥力。斥力。Q1、Q2、rM、m、r解：质子与电子之间的库仑力解：质子与电子之间的库仑力 F F电电为为221rqqkF 电电N)103 . 5()106 . 1 (100 . 92112199 N102 . 88 例例1 已知，质子的质量已知，质子的质量m1=1.6710-27kg，电

14、子的质量，电子的质量m2=9.110-31kg 距离是距离是5.310-11m。电子和质子的电荷。电子和质子的电荷量都是量都是1.6010-19C。试比较电子和质子间的静电引力和万。试比较电子和质子间的静电引力和万有引力有引力质子与电子之间的万有引力质子与电子之间的万有引力 F F 引引 为为221rmmGF 引引N)103 . 5(1067. 1101 . 91067. 6211273111 N106 . 347 电子和质子的静电子和质子的静电引力远大于它电引力远大于它们间万有引力们间万有引力。研究带电微粒间研究带电微粒间相互作用时，经相互作用时，经常忽略万有引力常忽略万有引力. .库仑力与

15、万有引力库仑力与万有引力 的比值为的比值为39103 . 2引引电电FF【例题例题2】：真空中有三个点电荷，它们固定在边长：真空中有三个点电荷，它们固定在边长50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是 +2 10-6 c,求求 它们所受的库仑力。它们所受的库仑力。解：解：q3共受共受F1和和F2两个力的作用，两个力的作用，q1=q2=q3=q，相互间的距离，相互间的距离 r 都相同都相同,所以所以F1=F2=K22rq=22695 . 0102100 . 9N=0.144 N根据根据平行四边形定则平行四边形定则，合力是，合力是:q1q2q3F2F

16、1FNFF25. 030cos21合力的方向沿合力的方向沿q1与与q2连线的垂直平分线向外连线的垂直平分线向外.30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S,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+AB 探究影响电荷间相互作用力的因素探究影响电荷间相互作用力的因素实验表明：电荷之间的作用力1）随电荷量的增大而增大）随电荷量的增大而增大2）随距离的增大而减少）随距离的增大而减少 控制变量法三、库仑定律三、库仑

17、定律1、内容： 真空中两个静止的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。2 2、大小：、大小：122q qFkr k=9.0k=9.010109 9NmNm2 2/C/C2 2 电荷间相互作用力叫做电荷间相互作用力叫做静电力静电力或或库仑力库仑力.点电荷的条件：点电荷的条件：“小小”1)1)带电体体积相对小带电体体积相对小2)2)带电体大小、电荷分布对问题影响小带电体大小、电荷分布对问题影响小适用范围适用范围: : 1.1.真空中真空中 2.2.点电荷点电荷 （理想模型）（理想模型）下列说法中正确的是下列说法中正确的是A .A

18、 .真正的点电荷是不存在的点电荷是真正的点电荷是不存在的点电荷是一种理想模型一种理想模型B .B .点电荷就是体积和带电量都很小的带点电荷就是体积和带电量都很小的带电体电体C .C .根据根据 可知，当可知，当r 0 r 0 时，时，F F D .D .静电力常量的数值是由实验得到的静电力常量的数值是由实验得到的122q qFkr ADAD电荷量用绝对值代入，不要带电荷量用绝对值代入，不要带+ +、- -号号力的作用有相互性，力的作用有相互性，q1q1、q2q2可不等，可不等，F F必必相等相等库仑力的方向库仑力的方向：在它们的连线上。：在它们的连线上。同种电荷同种电荷异种电荷异种电荷122q

19、 qFkr 正电荷正电荷 负电荷负电荷 排斥排斥 吸引吸引 缺少缺少 多余多余 电子电子 转移转移 正正 负负 感应起电感应起电 电子电子 转移转移 相反相反 相同相同 1.601019 1.601019 整数倍整数倍 创生创生 消灭消灭 转移转移 转移转移 不变不变 静电力常量静电力常量 大小大小 已知氢核的质量是已知氢核的质量是1.6710-27kg，电子，电子的质量是的质量是9.110-31kg，在氢原子内它，在氢原子内它们之间的最短距离为们之间的最短距离为5.310-11m。试比。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力万有引力 NrqqkF21

20、119199221103 . 5106 . 1106 . 1100 . 9库N8102 . 8 NrmmGF211312711221103 . 5101 . 91067. 1107 . 6引N47106 . 3两个半径相同的金属小球其球心间距两个半径相同的金属小球其球心间距r远远远大于球半径远大于球半径R，带电荷量之比为，带电荷量之比为1：7两者相互接触后再放回原来位置上，则两者相互接触后再放回原来位置上，则相互作用力可能为原来的（相互作用力可能为原来的（ ） 4/7 B. 3/7 C. 9/7A.D. 16/7C D真空中有三个点电荷，它们固定在边长真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm

21、的等边三角形的三个顶点上，每个的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是点电荷都是+210-6C，求它们各自所受，求它们各自所受的库仑力的库仑力q1q3q2F1F2FNrqkFF144. 02221NFF25. 030cos21合力方向沿方向沿q q1 1与与q q2 2连线的垂直平分线向外连线的垂直平分线向外若上题中将点电荷若上题中将点电荷q1和和q2变成一根均匀变成一根均匀带电直棒，带电量为（带电直棒，带电量为（ q1+q2 ），此棒），此棒对对q3的作用力方向如何？的作用力方向如何？任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的的在一条直线上有两个相

22、距在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷的点电荷A、B，A带电荷量为带电荷量为+Q，B带电荷量为带电荷量为-9Q。现引入第三个点电荷。现引入第三个点电荷C，恰好使三，恰好使三个点电荷处于平衡状态。则个点电荷处于平衡状态。则C应带什么应带什么性质的电荷，电荷量为多少？性质的电荷，电荷量为多少？AB三个点电荷平衡规律三个点电荷平衡规律:共线，同夹异，大夹小，近小远大共线，同夹异，大夹小，近小远大光滑绝缘水平面上带电小球光滑绝缘水平面上带电小球A、B质量分质量分别为别为m1=2g，m1=1g，它们的电荷量相，它们的电荷量相等，等，q1= q2=10-7C。A球带正电，球带正电，B球带球带负电。现在水平恒力负电。现在水平恒力F1向右作用于向右作用于A球球这时这时A