高中物理人教版 (2019)必修 第三册库仑定律教课ppt课件

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第九章 静电场及其应用2. 库仑定律新课引入 如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、 P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？ 学习任务一：电荷之间的作用力实验演示学习任务一：电荷之间的作用力 电荷之间的作用力与万有引力是否具有相似的形式呢？是否也满足“平方反比”的规律呢？（1）带电体与小球间的作用力会随距离的减小而增大；（2）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力也会增大或减小； 2.实验现象 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。学习任务一：电荷之间的作用力事实上，电荷之间的作用力与万有引力是否相似的问题早已引起当年一些研究者的注意，英国科学家卡文迪什和普里斯特利等人都确信“平方反比”规律适用于电荷间的力。类比法不过，最终解决这一问题的是法国科学家库仑。库仑设计了十分精妙的扭秤实验，于1785年提出库仑定律。学习任务一：电荷之间的作用力①.内容：真空中两个静止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.适用条件：真空中静止的点电荷那么，什么是点电荷呢？3.库仑定律学习任务一：电荷之间的作用力 如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离，以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作一个带电的点，叫作点电荷。（1）点电荷是一个理想化的模型，类似于力学中的质点，实际上是不存在的。 （2）均匀带电的球体,由于球所具有的对称性,即使它们之间的距离不是很大,一般也可以当作点电荷来处理---电荷集中在球心的点电荷。4.点电荷学习任务一：电荷之间的作用力③带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的大小、形状与距离相比能否忽略。同一带电体，在不同问题中有时可以看作点电荷，有时不可以看作点电荷。④点电荷与元电荷的区分元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍学习任务二：库仑的实验(1).实验器材：细银丝、绝缘架、带电的金属小球A和C、不带电的小球B想一想：B球的作用是什么呢？使A球在水平面内平衡(2).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(3).实验方法：控制变量法1.库仑的实验学习任务二：库仑的实验（4）.实验步骤①改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与r的关系。②改变A和C的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与q之间的关系学习任务二：库仑的实验放大思想如图乙，卡文迪什扭秤除了采取这种措施来放大力的效果，还进一步利用光的反射进行二次放大，从而可以定量测量极其微弱的万有引力。拓展思考扭秤实验利用了放大的思想，可以测量微小的力。如图甲，库仑扭秤通过较长的力臂可以产生较大的力矩，使悬丝产生一定角度的扭转，来放大力的效果；学习任务二：库仑的实验在库仑那个时代，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？①当电量不变时，F与距离r的二次方成反比②当距离不变时，F与q1q2的乘积成正比答：选择完全相同的小球，进行多次电量均分实验结论学习任务二：库仑的实验2.库仑定律的表达式：①式中的k是比例系数，叫做静电常量，②计算大小时只需将电荷量的绝对值代入。③方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。④库仑定律是电学发展史上的第一个定量实验定律。类比法在库仑定律建立过程中发挥了重要作用。学习任务二：库仑的实验1. 库仑力和万有引力是两种不同性质的力，受力分析时要分别分析。2. 库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了大自然的和谐美和多样美。3.静电力与万有引力相同点：①都与距离的平方成反比。②都有一个常数。学习任务二：库仑的实验 根据库仑定律，两个电荷量为 1 C 的点电荷在真空中相距 1 m 时，相互作用力是 9.0×109 N。差不多相当于一百万吨的物体所受的重力！可见，库仑是一个非常大的电荷量单位，我们几乎不可能做到使相距 1 m 的两个物体都带 1 C 的电荷量。 通常，一把梳子和衣袖摩擦后所带的电荷量不到百万分之一库仑，但天空中发生闪电之前，巨大的云层中积累的电荷量可达几百库仑。例题1已知氢核（质子）质量为1.67×10-27kg。电子的质量是9.1×10-31kg，在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。【解析】库仑力大小:万有引力大小: 微观粒子间的万有引力远小于库仑力，所以在研究微观带电粒子的相互作用时，万有引力忽略不计。学习任务三：静电力的计算1. 库仑力和万有引力虽然形式上非常类似，但性质不同，数量级也不同。在分析微观粒子的相互作用力时可忽略万有引力。 2.如果存在两个以上的点电荷怎样求静电力？库仑力是矢量，某一点电荷受到的的库仑力等于其他点电荷单独对这个点电荷的库仑力的矢量和。 3. 任一带电体都可看作由许多点电荷组成。只要知道了电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成，就可以求出任意带电体之间的静电力。静电力的合成例题2真空中有三个点电荷，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+2×10-6C，求它们各自所受的库仑力。q1q3q2解：三个点电荷的受力情况都相同，以q3为例q3受到大小相同的库仑力F1和F2方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外学习任务三：静电力的计算拓展思考有人根据 推出：当r→0时F→∞，是否正确？从物理意义上看这种看法是错误的，因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用，不能成立了。学习任务三：静电力的计算不能当做点电荷的带电球的库仑力的计算假设两球（半径R）带等量同号电荷Q，可以看成点电荷时，则两球库仑力 。如两球距离未远大于它们自身半径，即两电荷不能看成点电荷时，电荷会在库仑力作用下重新分布，如下图：课堂小结真空中两个静止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。适用条件：真空中、静止的、 点电荷库仑实验静电力计算电荷之间的作用力课后习题课后习题课后习题课后习题