人教版 (2019)必修 第三册第九章 静电场及其应用2 库仑定律多媒体教学课件ppt

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点电荷模型及条件、库仑定律．
(1)带电体简化为点电荷的条件．(2)理解库仑定律及库仑扭秤实验．
(1)在定性实验基础上，感受电荷间的相互作用规律．(2)用类比方法理解质点和点电荷．
(1)体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法．(2)用库仑定律解决问题.
电荷间相互作用力大小和那些因素相关呢？
异种电荷相互吸引 同种电荷相互排斥
分析以上实验现象，两个带电体之间的相互作用力可能与什么因素有关？
请参照如图装置，按如下步骤进行实验：（1）分别让球形导体A和通电球B带上同种电荷，并使其处于同一水平面上（2）保持球形导体A和通电球B上电荷量不变，改变球形导体A与通电球B之间的距离，观察悬线与竖直方向偏角的变化（3）增加球形导体A的电荷量，观察悬线与竖直方向偏角的变化
1.带电量保持不变时，距离越近，偏角越大，静电力越大；
2.距离保持不变时，带电量越大，偏角越大，静电力越大；
电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。
思考：两个带电体之间的静电力与它们的带电量、距离之间存在怎样的定量关系呢？
18世纪中叶以前，研究带电体间的静电历经三大困难：“电力”非常小，没有仪器可以测量还没有度量电荷的单位，无法比较电荷的多少不清楚带电体上的电荷分布，难以确定相互作用的电荷之间的距离
1687年，牛顿的万有引力定律正式发表于《自然哲学的数学原理》之中，解释了万有引力定律服从反比平方规律
1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从反比规律。
1785年，库伦在前人研究的基础上，通过实验得到库伦定律。
1767年，英国化学家普里斯特利根据实验提出猜测，“电的吸引与万有引力服从同一规律，即与距离平方成反比”
2.定量研究：库仑扭秤实验
（1）保持带电量q一定，探究静电力F与距离r的关系（2）保持距离r一定，探究静电力F与电荷量q的关系
主要部件：细银丝、带电的金属小球A和C (C固定)、 不带电的小球B
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
思考：B 球的作用是什么呢？
探究静电力F与距离r的关系：
（1）把带电小球C插入容器并使它靠近A，记录扭转的角度用以比较力的大小（2)改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与r的关系
在库仑那个时代不清楚带电体上的电荷分布，怎样确定相互作用的电荷之间的距离呢？
库伦根据电荷在金属球表面上均匀分布的特点，把金属球想象成集中在球心的“点电荷”，即可解决测量带电体之间距离的问题
“点电荷”是一种理想化模型。当两个带电体自身的大小远小于它们之间的距离，可把带电体看作一带电的点，叫做“点电荷”。
探究静电力F与电荷量q的关系：
改变A和C的电量q1、q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出F与q1、q2的关系
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？
条件:完全相同的金属球
库伦通过实验得出结论：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，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律称为库伦定律。电荷间这种相互作用力叫做静电力或库仑力。
比例系数 k 叫静电力常量，国际单位制中，k = 9.0×109N·m2/C2
（2）静电力是矢量。方向：在两个点电荷的连线上。同性电荷相斥，异性电荷相吸。
①计算时只代电荷量的绝对值；
②需通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力的方向。
两个靠近的带电球体，是否可以看作是集中在球心位置的点电荷？适用于r=0的情况?
同种电荷电荷分布在金属球外侧
异种电荷电荷分布在金属球内侧
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。
库仑力是一种性质力，与重力、弹力、摩擦力地位等同。对带电体的受力分析，一定不要忘记画库仑力。库仑力的合成与分解遵循平行四边形定则。库仑力遵守牛顿第三定律，一对库仑力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
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。
解:根据库仑定律，它们之间的静电力
根据万有引力定律，它们之间的万有引力
微观粒子间的万有引力远小于库仑力。在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。
4.静电力计算：叠加原理
（1）如果存在两个以上点电荷，那么，每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力。实验表明，两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。
（2）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点电荷的作用力的矢量和。
如果存在两个以上点电荷怎样计算静电力呢？是否会因为第三个点电荷被移近而改变呢？
根据平行四边形定则可得
每个点电荷所受的静电力的大小相等，数值均为 0.25 N，方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外
例3 在边长立为a的正方形的每个顶点都放置一个电荷量为q的点电荷．如果保持它们的位置不变，每个电荷受其他电荷的静电力是多少，其所受的合力是多少？
解：如图，假设第四个电荷q放在d点，则对角线上b点的电荷给它的库仑斥力为
a电荷和c点的电荷给它的库仑斥力大小均为
根据力的合成法则，点电荷q所受的电场力大小为
点电荷q所受的电场力方向为由b指向d
5.三个自由电荷的平衡问题
两侧是同种电荷，中间是异种电荷
两侧电荷量大，中间电荷量小
问题2：A和B、C电荷量的大小关系？
问题3：r1、r2与B、C的电量关系？
中间电荷靠近两侧电荷量较小的那个
三个自由电荷平衡的规律:三点共线、两同夹异、两大夹小、近小远大。
例4 如图所示，在一条直线上有两个相距r=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，恰好使三个点电荷处于平衡状态，则C应带什么性质的电？放于何处？所带电量为多少?
对点电荷A，其受力也平衡
解：要平衡中间电荷的拉力，C必须为负电，在A的左侧.设C 所在位置与A 的距离为L ，则C 所在位置与B 的距离为L+r，要能处于平衡状态,所以A 对C 的电场力大小等于B 对C 的电场力大小，设C 的电量为q，则有
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。
真空中、静止的、点电荷
1.下列关于点电荷的说法正确的是( )A.只有体积很小的带电体才能看成点电荷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
2.(多选)库仑定律的适用范围是（ ）A．真空中两个带电球体间的相互作用B．真空中任意带电体间的相互作用C．真空中两个静止点电荷间的相互作用D．真空中两个大小远小于它们之间的距离的静止带电体间的相互作用
3.一端固定在天花板上的绝缘细线的另一端与一带正电的小球M相连接，在小球M下面的一绝缘水平面上固定了另一个带电小球N，在图中，小球M能处于静止状态的是( )