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(共27張PPT)
第一章 靜電場的描述
第2節 庫侖定律
電荷之間存在“同性相斥，異性相吸”，那么電荷之間相互作用力會遵循什么樣規律呢？電荷之間作用力的大小與哪些因素有關？
真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。
電荷間的這種作用力叫做靜電力或庫侖力。
那么，什么是點電荷呢？
庫侖
當帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至帶電體的形狀、大小、分布對它們之間的作用力可以忽略不計時，這樣的帶電體就可以看做帶電的電，叫做點電荷。
1.性質：
2.條件：
類似于力學的質點，也是一種理想化模型。
形狀和大小對所研究的問題的影響是否可以忽略不計。
注意：一個帶電體能否看做點電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑其形狀和大小確定。
知識點一：點電荷
思考：
兩個靠近的帶電球體，是否可以看做是集中在球心位置的點電荷？
+Q
+Q
L=4r
+
+
+
+
+
+
+Q
-Q
L=4r
-
-
-
+
+
+
因為電荷間的作用力，電荷并不能均勻的分布在球體上，所以不可以。
同種電荷
異種電荷
兩個帶電體之間存在相互作用力，這種相互作用力的大小與哪些因素有關呢？
猜想：電荷間的相互作用力可能跟電荷量、距離、大小、形狀、材料有關
知識點二：影響靜電力的因素
通過本實驗可以看到，電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小。
電荷之間的作用力會不會與萬有引力具有相似的形式呢？也就是說，電荷之間的相互作用力，會不會與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的二次方成反比？
實驗探究——定量探究（庫侖扭秤）
遇到困難
距離不易測量
沒有量度電荷量的單位
微小力不易測量
請思考一下，看看你有沒有好的方法來解決這些困難？
知識點三：庫侖定律
【觀察與思考】如圖所示，在干燥的環境中，高精度電子秤上有兩塊金屬圓片A、B固定在兩個輕質絕緣支架上，下支架放在電子秤檢測臺面上，上支架等距貼上紅色紙圈，再穿過固定支架的小孔。
（1）下支架放在電子秤檢測臺面上，將電子秤的示數歸零。
（2）將A、B兩塊金屬圓片正對距離調為d，然后用起電機讓兩塊金屬圓片帶上相同的電量（設為q），通過讀出電子秤的示數經過單位換算便可得到B對A的靜電力的大小。
實驗一：保持電量不變，把A、B兩塊金屬圓片的距離定量增大，通過讀取電子秤示數，經過單位換算便可得到B對A的靜電力的大小；
探究變量 距離
結論：在保持兩個帶電體的電量不變時，
實驗二：保持A、B兩塊金屬圓片的距離為d，逐次用另一相同且不帶電的金屬圓片C與A接觸，使A的電量依次減半，通過讀取電子秤的示數，經過單位換算便可得到B每次對A的靜電力的大小；
靜電力 電量
結論：在保持兩個帶電體之間的距離不變時，
4.方向：利用電荷之間“同性相斥，異性相吸”的特點判斷
1.內容：在真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，其大小與它們的電量q1、q2 的乘積成正比，與它們之間距離r 的二次方成反比。作用力的方向在它們的連線上。
2.表達式：
3.靜電力常量： N·m2/C2
知識點三：庫侖定律
（1）適用條件：適用于計算真空中兩個靜止點電荷間的相互作用力。如果兩電荷間的距離趨于零，則電荷不能視為點電荷，因此不能根據庫侖定律得到庫侖力無窮大的結論。
（2）點電荷的電性有正負之分，但在計算靜電力的大小時，可用所帶電量的絕對值進行計算。靜電力的方向在兩點電荷的連線上，再根據電荷的電性來判斷是吸引力還是斥力。
（3）當一個點電荷受到多個點電荷的作用時，可以根據力的獨立作用原理并通過力的合成求出合力。
【討論與交流】 相隔一定距離的兩個帶電金屬球，因體積偏大而不能被視為點電荷，如果用兩個金屬球的球心間距離來計算庫侖力，計算結果比真實值偏大、偏小還是相等？為什么？
若帶同種電荷時，如圖甲所示，由于排斥而距離變大，此時；若帶異種電荷時，如圖乙所示，由于吸引而距離變小，此時.
知識點四：靜電力的計算
1C
1C
1m
代入數據：
庫侖是一個非常大的電荷量單位
100萬噸
mg
只有百萬分之一庫倫
可達幾百庫侖
1.庫侖定律與萬有引力的對比
例題：氫原子由一個質子和一個電子組成，根據經典模型，電子繞核做圓周運動，軌道半徑r =5.3 ×10-11 m.已知質子的質量mp= 1.67 × 10-27 kg，電子的質量me=9.11 × 10-31 kg，萬有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
（1）求電子受到質子的靜電力和萬有引力的大小.
解：（1）由庫侖定律，得兩粒子間的靜電力的大小為
由萬有引力定律，得兩粒子間的萬有引力的大小為
（2）庫侖定律和萬有引力定律的表達式有哪些相似之處？
例題：氫原子由一個質子和一個電子組成，根據經典模型，電子繞核做圓周運動，軌道半徑r =5.3 ×10-11 m.已知質子的質量mp= 1.67 × 10-27 kg，電子的質量me=9.11 × 10-31 kg，萬有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
靜電力和萬有引力的計算公式在形式上具有高度相似性.
它們都適用于可以視為“點”的物體，即質點或點電荷；
它們都包含一個常量：靜電力常量k或萬有引力常量G；
都包含兩個物質的參量：電量或質量；都表現為與距離的二次方成反比關系；
計算結果單位都一致等.
（3）在研究微觀物質的相互作用力時，在庫侖定律和萬有引力定律中，哪一種力可以被忽略呢？請說明理由.
例題：氫原子由一個質子和一個電子組成，根據經典模型，電子繞核做圓周運動，軌道半徑r =5.3 ×10-11 m.已知質子的質量mp= 1.67 × 10-27 kg，電子的質量me=9.11 × 10-31 kg，萬有引力常量G=6.67 × 10-11 N·m2/kg2.
由（1）的計算結果，可得靜電力與萬有引力的大小之比為
根據計算結果，可知氫原子中電子與質子的靜電力遠遠大于萬有引力.因此，在研究微觀帶電粒子的相互作用時，萬有引力通常可以忽略.
萬有引力定律 庫侖定律
不同點 只有引力 既有引力又有斥力
天體間表現明顯 微觀帶電粒子間表現明顯
都是場力 萬有引力場 電場
公式
條件 兩質點之間 兩點電荷之間
（1）庫侖力和萬有引力是兩種不同性質的力，受力分析時要分別分析。
（2）庫侖力和萬有引力表達式的相似性，揭示了大自然的和諧美和多樣美。
2.靜電力的疊加
（1）庫侖定律描述的是兩個點電荷之間的作用力。如果存在兩個以上點電荷，那么要對這個點電荷的作用力進行的矢量求和。
【例題2】真空中有三個點電荷，它們固定在邊長50cm 的等邊三角形的三個頂點上，每個點電荷都是 +2×10─6 C , 求它們所受的庫侖力。
F1
F2
F3
q1
q2
q3
+
+
+
分析 根據題意作圖（如右圖）。每個點電荷受到其他兩個點電荷的斥力，因此，只要求出一個點電荷（例如q3）所受的力即可。
解：根據庫侖定律，點電荷q3共受到F1和F2兩個力的作用。其中
q1 = q2 = q3 = q
每兩個點電荷之間的距離r都相同，所以
F1 = F2 ===0.144N
根據平行四邊形定則可得
F=2 F1 cos30°=0.25N
點電荷q3所受的合力F的方向為q1與q2連線的垂直平分線向外。
每個點電荷所受的靜電力的大小相等，豎直為0.25N，方向均沿另外兩個點電荷連線的垂直平分線向外。
（2）三個自由點電荷的平衡問題
①“三點共線”——三個點電荷分布在同一直線上。
②“兩同夾異”——正負電荷相互間隔。
③“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小。
④“近小遠大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷。
1.關于點電荷的下列說法中正確的是：( )
A .真正的點電荷是不存在的．
B .點電荷是一種理想模型．
C .足夠小的電荷就是點電荷．
D .一個帶電體能否看成點電荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形狀和大小對所研究的問題的影響是否可以忽略不計
ABD
2.（多選）庫侖定律的適用范圍是（ ）
A．真空中兩個帶電球體間的相互作用
B．真空中任意帶電體間的相互作用
C．真空中兩個靜止點電荷間的相互作用
D．真空中兩個大小遠小于它們之間的距離的靜止帶電體間的相互作用
CD
3.光滑絕緣水平面上相距為L的點電荷A，B帶電荷量分別為＋4q和－q，如圖所示，今引入第三個點電荷C，使三個點電荷都處于平衡狀態，則C的電荷量和放置的位置是（ ）
A. －q，在A左側距A為L處
B. －2q，在A左側距A為處
C. ＋4q，在B右側距B為L處
D. ＋2q，在B右側距B為處
C
4.真空中有甲、乙兩個點電荷,電荷量均為+q(已知靜電力常量為k),固定在相距L的A、B兩點。
(1)求它們之間的庫侖力的大小。
(2)若在A、B連線之間距A點L的C點,放入第三個點電荷丙,其電荷量為-2q,求丙所受到靜電力的大小和方向。
答案：（1） （2） 方向由C指向A
1.點電荷：形狀和大小對所研究的問題的影響可以忽略不計。
理想化模型
2.影響靜電力的因素
3.庫侖定律：F=，k = 9.0×109N·m2/C2
適用范圍：真空中、靜止的點電荷
4.靜電力計算
（1）庫侖定律與萬有引力的對比
（2）靜電力的疊加

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