静电力_库仑定律_教师必用

库仑定律同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引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决定于那些因素呢？1、可能跟电荷电量有关2、可能与两个电荷间的距离有关电荷间作用力的大小与距离、电量的关系控制变量法保持电量Q不变,F与距离r有什么关系?探究:作用力F随距离r的增大而减小，随距离r的减小而增大。保持距离r不变,F与电量Q有什么关系?作用力F随电量Q的减小而减小，随电量Q的增大而增大。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（2）随距离的增大而减少电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力.库仑扭秤实验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.库仑(Coulomb1736~1806):法国物理学家；1785年，库仑定律库仑扭秤实验1.库仑做实验的装置—库仑扭秤.操作方法:力矩平衡：静电力力矩＝金属细丝扭转力矩.思想方法：放大、转化设计思想：控制变量法——控制1、内容：真空中两个静止的点电荷的相互作用力跟它们所带电量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。2、表达式：122qqFkr其中：k叫静电力常量，k=9.0×109N·m2/C2三、库仑定律试比较：该表达式与万有引力表达式有什么相似之处？注意：（1）在计算时q1、q2只要代入大小，“+”、“-”号不要代入（2）库仑力的方向在连线上，通过同种电荷排斥，异种电荷吸引来确定库仑定律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。大小：122qqFkrK为静电力常量：K=9.0×109N·m2/C2方向:在两点电荷的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸.计算大小时只将电荷量的绝对值代入.库仑定律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。适用范围：1.真空中；2.点电荷.在空气中的结果与真空中相差很小，因此在空气中也可使用真空中的公式点电荷1、在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离．带电体本身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷。2、点电荷是实际带电体在一定条件下的抽象，是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。3、点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电量也可以很大。点电荷这个概念与力学中的“质点”类似。Q1Q2QF2F1F当一个点电荷受到多个点电荷的作用，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静电力叠加原理静电力叠加原理qABCqq1F2FF合F1abc+-F2F3F4+如图所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上.a和c带正电,b带负电,a所带电荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是()A.F1B.F2C.F3D.F4B(1)有人根据F＝kq1q2r2推出当r→0时，F→∞，从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，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．(2)两个导体球，球心之间的距离为r，由于电荷间力的作用，电荷在导体球上的分布如图1－2－2所示，两球带同种电荷时Fkq1q2r2，两球带异种电荷时，Fkq1q2r2.图1－2－2q1+-q2三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律例：a、b两个点电荷，相距40cm，电荷量分别为q1和q2，且q1=9q2，都是正电荷；现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态，试问：点电荷c的性质是什么？电荷量多大？它放在什么地方？两同夹异、两大夹小、近小远大q1q3三个自由的点电荷只受库仑力的平衡规律如图所示，三个点电荷q1、q2、q3，固定在一直线上，q2与q3距离为q1与q2距离的2倍，每个点电荷所受静电力的合均为零，由此可以判定，三个点电荷的电荷量之比q1：q2：q3为（）A.-9:4:(-36)B.9:4:36C.-3:2:(-6)D.3:2:6两同夹异、两大夹小、近小远大q2例1两个放在绝缘上的相同金属球A、B，相距d，球的半径比d小得多，分别带有电荷3q和q，A球受到的库仑引力大小为F。（1）B球受到的库仑引力为———。（2）若保持球A、B的电荷量不变，电荷间的距离增大为原来的2倍，电荷间的作用力为———。（3）若保持球A、B间距离不变，电荷量都增大为原来的2倍，电荷间的作用力为———。（4）现将这两个金属球接触，然后仍放回原处，则电荷间的作用力将变为——（引力或斥力）大小为——。FF/44F斥力F/3解：质子与电子之间的库仑力F电为221rqqkF电N)103.5()106.1(100.92112199N102.88例2试比较电子和质子间的静电引力和万有引力．已知电子的质量m1=9.10×10-31kg，质子的质量m2=1.67×10-27kg．电子和质子的电荷量都是1.60×10-19C．距离是5.3×10-11m质子与电子之间的万有引力F引为221rmmGF引N)103.5(1067.1101.91067.6211273111N106.347电子和质子的静电引力远大于它们间万有引力。研究带电微粒间相互作用时，经常忽略万有引力.库仑力与万有引力的比值为39103.2引电FF例3、有两个半径为r的带电金属球中心相距为L(L=4r),对于它们之间的静电作用力（设每次各球带电量绝对值相同）()A.带同种电荷时大于带异种电荷时B.带异种电荷时大于带同种电荷时C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时D.大小与带电性质无关，只取决于电量QQL=4rB课堂训练1、关于点电荷的下列说法中正确的是：A.真正的点电荷是不存在的．B.点电荷是一种理想模型．C.足够小的电荷就是点电荷．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ABD课堂训练2、两个半径为0.3m的金属球，球心相距10m放置，当他们都带1.5×10−5C的正电时，相互作用力大小为F1，当它们分别带+1.5×10−5C和−1.5×10−5C的电量时，相互作用力大小为F2,则（）A．F1=F2B．F1＜F2C．F1＞F2D．无法判断A小结：在应用库仑定律求电荷间的相互作用力时，电荷量的正负号不要代入公式进行计算，只用它们的绝对值进行计算，方向另外说明。课堂训练3、三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F。现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为（）。A．F/2B．F/4C．F/8D．3F/8C解析:4、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,求它们的库仑力大小.6210CQ1Q2QF2F1F对于两个以上的点电荷，其中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静电力叠加原理0.25NTF’悬挂小球mA+2q+qLLαβ课本P14:2.两球完全相同,知m、L、θ，求q?mgTFmgβαqAqB,mA=mB,平衡时两球位于同一水平面,α=β?tanα=F/mAgtanβ=F’/mBgα=β摆角由质量mA、mB决定，与带电量无关。mB当mAmB时，可得αβ22tan(2sin)qFmgkL3992sintan/=20.3sin50.2109.8tan5/(910)=7.2110qLmgkC两球系统重心左移,重力产生逆时针力矩,整体逆时针转动,α变小,β变大知识小结真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟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.3、适用条件：4、点电荷：k=9.0×109N·m2/C2221rqqkF2、公式：1、内容：⑴真空（空气中近似成立）⑵点电荷是一种理想模型，带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可以忽略不计时，带电体可视为点电荷.【教后反思】1.由于静电实验受影响因素较多，不易成功，所以教学中采用动画展示的方法，加快了教学的节奏。2.该实验是静电学中的经典实验，在教学中设计了很多的思考、讨论等师生交流活动，有益于培养学生的科学素养和探究精神。如图1－2－4所示，在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B，A带电荷量＋Q，B带电荷量－9Q.现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷都处于平衡状态，问：C应带什么性质的电？应放于何处？所带电荷量为多少？带电体在库仑力作用下的平衡问题例2图1－2－4【答案】带负电放在AB延长线上A点的左侧0.2m处－94Q【规律总结】(1)处理此类题的基本思路是对三个电荷中的任意两个列受力平衡方程．(2)使同一直线上三个电荷平衡放置的规律可总结如下：三电荷在同一直线上，两同夹一异，两大夹一小．变式训练2(2011年天津模拟)如图1－2－6所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在一直线上，q2与q3的距离为q1与q2距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比q1∶q2∶q3为()A．－9∶4∶－36B．9∶4∶36C．－3∶2∶－6D．3∶2∶6图1－2－6