《库仑定律(第一课时)》课件

《库仑定律（第一课时）》一、问题的提出1.影响带电体间相互作用力的因素有哪些？想一想？q1q2+P1C+FF电荷量？q1？q2

？2.怎样简化这些因素，方便进行实验探究？思考距离r?介质？大小形状？电荷分布？一、问题的提出1.影响带电体间相互作用力的因素有哪些？电荷量？q1？q2

？

2.怎样简化这些因素，方便进行实验探究？距离r?介质？大小形状？电荷分布？一、问题的提出1.影响带电体间相互作用力的因素有哪些？分析√√真空能忽略其影响吗？qqL=30rrr带电体自身的大小远小于它们之间的距离大小形状电荷分布qqqqL=3rrr++++--------++++点电荷建构模型一、问题的提出2.怎样简化这些因素，方便进行实验探究？电荷量（q1和q2）距离r1.定性研究实验探究方法控制变量法

研究：（1）电荷量q不变，改变距离（2）距离r不变，改变电荷量q1q2+P1C+二、实验探究A1.定性研究二、实验探究A+演示实验1q1q2+P3P2P1C+结论（1）电荷量q保持不变，距离r增大，F减小。（2）距离r保持不变，电荷量q增大，F增大。1.定性研究q1q2+P1C+P2P3二、实验探究A2.定量实验——研究的历程二、实验探究普利斯特利富兰克林库仑卡文迪什富兰克林注意到一个使他不解的现象……普利斯特利通过类比，认为电力与万有引力具有一样的特性。卡文迪什也得出同样的结论。库仑通过直接测量，寻找电力规律。2.定量实验——研究的历程卡文迪什扭秤实验遇到困难电荷量无法直接测量距离不便测量微小力不易测量2.定量实验——库仑的实验二、实验探究库仑做实验的装置—库仑扭秤二、实验探究平分电荷量放大微小力等倍改变距离2.定量实验——库仑的实验C突破方法细银丝平面镜平衡小球B带电小球C带电小球A二、实验探究2.定量实验——实验的再现实验装置A电子秤B游标卡尺突破方法力的测量由间接改进为直接、更精密仪器测量平分电荷量游标卡尺测距二、实验探究2.定量实验——实验的再现（1）电荷量q不变，探究作用力F与距离r的关系实验探究：演示实验2实验数据与图像：作用力F与距离r的关系r/cm10.009.008.007.006.005.00M/g0.0090.0100.0130.0180.0240.033r2/10-2m21.0000.8100.6400.4900.3600.250F/10-4N0.880.981.271.762.353.23实验数据与图像：作用力F与距离r2

的关系r2/10-2m21.0000.8100.6400.4900.3600.250F/10-4N0.880.981.271.762.353.23想一想？坐标转换：r2

1/r2在误差允许的范围内，电荷间相互作用力与两带电体间距离的平方成反比。实验探究：（2）距离r不变，探究作用力F与电荷量q的关系演示实验3在误差允许的范围内，电荷间相互作用力与两带电体电荷量乘积成正比。实验探究：实验结论：（1）电荷之间的作用力F与距离r的二次方成反比；（2）电荷之间的作用力F与q1和q2的乘积成正比；2.定量实验——实验的再现二、实验探究小结想一想？研究了什么问题？采用哪些方法进行研究？得出了什么结论？探究一对“点电荷”的理解【情境导引】某次物理课上,甲、乙两位同学探讨点电荷的对话如下:甲:“由于带电体A的体积很小,故它一定是点电荷。”乙:“由于带电体B的带电荷量很小,故它一定是点电荷。”(1)甲、乙两位同学的观点,你认为谁的正确?为什么?(2)什么是点电荷?现实中有点电荷吗?要点提示

(1)甲、乙同学的观点都不正确,一个带电体能否看作点电荷,不能只看它的体积大小,也不能只看它的带电荷量多少。(2)点电荷是一种理想模型,它是不计大小的带电体,现实中显然不存在。【知识归纳】1.特点:点电荷是只有电荷量,没有大小、形状的理想化模型,类似于力学中的质点,实际上并不存在。2.条件:带电体能否看成点电荷视具体问题而定,不能单凭它的大小和形状下结论。如果带电体的大小比带电体间的距离小得多,则带电体的大小及形状就可以忽略,此时带电体就可以看成点电荷。要点笔记

如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多,就可以忽略形状、大小等次要因素,只保留对问题有关键作用的电荷量这一主要因素,这样处理会使问题大为简化,对结果又没有太大的影响,这是物理学上经常用到的方法。【典例示范】例1

下列关于点电荷的说法正确的是(

)A.任何带电球体,都可看成电荷全部集中于球心的点电荷B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时,可将这两个带电体看成点电荷D.一切带电体都可以看成点电荷答案

C解析

能否把一个带电体看作点电荷,不能以它的大小而论,应该根据具体情况而定,若它的大小和形状以及电荷分布状况可不予考虑,就可以将其看成点电荷。故选项A、B、D错误,选项C正确。变式训练1(多选)关于点电荷,下列说法正确的是(

)A.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体B.点电荷是一种理想模型C.点电荷的最小带电荷量等于元电荷D.球形带电体都可以看作点电荷答案

BC解析

点电荷是一种物理模型,实际中并不存在,选项B正确;一个带电体能否看成点电荷,不是看它是否很小,而是看它的大小和形状以及电荷分布状况对所研究的问题的影响是否可以忽略不计,若可以忽略不计,则它就可以看作点电荷,否则就不能看作点电荷,选项A、D错误;所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍,选项C正确。探究二库仑定律的理解和应用【情境导引】原子结构模型示意图如图所示。该模型中,电子绕原子核做匀速圆周运动,就像地球的卫星一样。观察图片,思考:电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对电子的万有引力提供的吗?要点提示

原子核对电子的库仑力提供了向心力,两者间的万有引力要比库仑力小得多,完全可以忽略不计。【知识归纳】1.静电力的确定(1)大小:利用库仑定律计算静电力时不必将表示电性的正、负号代入公式,只代入q1和q2的绝对值即可。(2)方向:利用同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断。2.两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律不论电荷量大小如何,两点电荷间的库仑力大小总是相等的。3.库仑定律的适用范围(1)库仑定律只适用于能看成点电荷的带电体之间的相互作用。(2)两个形状规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷;相距较近时不能看作点电荷,此时球体间的作用力会随着电荷的分布而变化。【典例示范】例2有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B,分别带有电荷量QA=8×10-9C,QB=-3.2×10-9C。问:(1)让两绝缘金属球接触后,A、B所带电荷量各是多少?此过程中电荷发生了怎样的转移,转移了多少?(2)A、B两球接触前固定好,让第三个与它们相同的不带电小球C反复与A、B接触,最终A、B两球的电荷量和电性如何?答案

(1)均为2.4×10-9C

电子由B球转移到了A球,转移的电荷量为5.6×10-9C

(2)均为1.6×10-9C

均带正电解析

(1)两金属球接触时,电荷量少的负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配,即接触后两小球的电荷量在接触过程中,电子由B球转移到A球,自身的“净”电荷全部中和后,继续转移,直至其带QB'的正电荷,这样,共转移的电子电荷量为ΔQ=QB'-QB=2.4×10-9

C-(-3.2×10-9

C)=5.6×10-9

C。(2)由于三球完全相同,反复接触后三球最终电荷量相同,均分中和后的电荷量,故A、B均带正电,电荷量为规律方法

接触起电时电荷量的分配规律1.导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。2.当两个完全相同的金属球接触后,电荷量将平均分配。(1)若两个球原先带同种电荷,则电荷量相加后均分;(2)若两个球原先带异种电荷,则电荷量先中和再均分。例3(多选)两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球,相距很远放置,其中一个球带的电荷量是另一个的5倍,它们之间的库仑力大小是F。现将两球接触后再放回原处,它们之间的库仑力大小可能为(

)答案

BD规律方法

对于库仑定律和电荷守恒定律综合应用的问题,有时需要考虑两电荷之间的作用力是引力还是斥力,或者说要考虑两电荷是同号还是异号。变式训练2有三个完全相同的金属小球A、B、C,A所带电荷量为+7Q,B所带电荷量为-Q,C不带电。将A、B固定起来,然后让C反复与A、B接触,最后移去C,A、B间的相互作用力变为原来的(

)答案

C探究三静电力的叠加【情境导引】如图所示,真空中有三个点电荷A、B、C,它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上,电荷量都是Q,则电荷C所受的静电力方向向哪?要点提示

以C为研究对象,共受到F1和F2的作用,相互间的距离都相同。故F1=F2。根据平行四边形定则,合静电力的方向沿A与B连线的垂直平分线斜向下。【知识归纳】1.真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟这两个点电荷的电荷量及间距有关,跟它们的周围是否存在其他电荷无关。2.若空间存在多个点电荷,某点电荷受到的作用力等于其他点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。要点笔记

静电力是一种性质力,遵守力的所有规律。【典例示范】例4如图所示,在A、B两点分别放置点电荷Q1=+2×10-14C和Q2=-2×10-14C,在AB的垂直平分线上有一点C,且AB=AC=BC=6×10-2m。如果有一个电子在C点,它所受到的静电力的大小和方向如何?答案

8.0×10-21N,方向平行于AB向左

解析

电子在C点同时受A、B点的两点电荷对它的静电力FA、FB作用,如图所示,由库仑定律得

=8.0×10-21

N。由平行四边形定则和几何知识得:在C点的电子受到的静电力F=FA=FB=8.0×10-21

N,方向平行于AB向左。规律方法

当多个带电体同时存在时,每两个带电体间的静电力都遵守库仑定律。某一带电体同时受到多个静电力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力。这就是静电力的叠加原理。变式训练3如图所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量同种正点电荷QA、QB,QA=QB=Q,求在顶点C处的正点电荷QC(QC已知)所受的静电力大小。解析

正点电荷QC在C点的受力情况如图所示,QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变,仍然遵守库仑定律。拓展探究非点电荷间的静电力求法【典例示范】例5如图所示,一个半径为R的绝缘圆环均匀带电,ab为一极小的缺口,缺口长为L(L≪R),圆环的带电荷量为Q(正电荷),在圆心O处放置一带电荷量为q的负点电荷,试求负点电荷受到的库仑力的大小和方向。规律方法

对于不能视为点电荷的问题,可利用对称性、割补法等,化非点电荷为点电荷,这样可使难点得以突破,公式得以运用,问题可迎刃而解。变式训练4

如图所示,半径为R的绝缘球壳上均匀带有电荷量为+Q的电荷,另一电荷量为+q的点电荷放在球心处,由于对称性,点电荷受力为零。现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受静电力的大小为多少?方向如何?(已知静电力常量为k)解析

解法一

由于球壳上均匀带电,原来每条直径两端相等的一小块面积上的电荷对球心处点电荷的静电力相互平衡。当在球壳上挖去半径为r的小圆孔后,因为是绝缘球壳,其余部分的电荷分布不改变,所以其他直径两端的电荷对球心处点电荷的作用力仍相互平衡,剩下的就是与小圆孔相对的半径也为r的一小块圆面上的电荷对它的作用力。又r≪R,所以这一带电小圆面可看成点电荷,库仑定律适用。小块圆面上的电荷量为解法二

根据中和的特点可知,挖去的小圆孔相当于在此处加上了等量的异种电荷,因为完整球壳对球心处的点电荷的静电力为零,则被挖去小圆孔后的球壳对球心处点电荷的静电力等于在小圆孔处补上的等量异种电荷探究四静电力作用下的平衡问题【情境导引】如图所示,A、B、C三个带电小球静止在光滑水平面上,已