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庫侖定律魯科版（2019）物理（必修

第三冊(cè)）第一章

靜電力與電場強(qiáng)度素養(yǎng)目標(biāo)1.理解點(diǎn)電荷的概念，知道構(gòu)建理想化物理模型的作用

2.通過對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的觀察，了解影響靜電力的因素，提高科學(xué)探究意識(shí)3.掌握庫侖定律的內(nèi)容及其應(yīng)用，體會(huì)探究庫侖定律過程中的科學(xué)思想方法4.了解庫侖定律的探索歷程，體會(huì)庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)思想和方法

將氣球充氣后靠近較輕的金屬筒，筒靜止不動(dòng)；將氣球在頭發(fā)上摩擦后再靠近筒，筒會(huì)滾動(dòng)起來。氣球沒有接觸筒，為什么筒卻滾動(dòng)起來了？正確教育點(diǎn)電荷同種電荷相互排斥異種電荷相互吸引靜電力：電荷間的相互作用力稱為靜電力。－＋＋－－＋

在研究帶電體間的相互作用時(shí)，當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體可以看作帶電的點(diǎn)，叫作點(diǎn)電荷。

均勻帶電的球體，由于球所具有的對(duì)稱性，即使它們之間的距離不是很大，一般也可以當(dāng)作電荷來處理——電荷集中在球心的點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷（2）條件：取決于自身大小及兩帶電體之間的距離比較的關(guān)系；與帶電體本身大小無關(guān)；（1）點(diǎn)電荷是理想化模型，現(xiàn)實(shí)中并不存在；它是實(shí)際帶電體不考慮形狀、大小、電荷分布等次要因素得來的；質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)電荷理想化模型理想化模型問題大小相對(duì)于研究問題大小相對(duì)于研究質(zhì)量質(zhì)量和電荷量點(diǎn)電荷類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電荷的理解(1)電荷量很小的帶電體就是點(diǎn)電荷。(

)(2)一個(gè)電子，不論在何種情況下，都可以看成點(diǎn)電荷。(

)(3)只要是球形帶電體，無論球多大，都能看作點(diǎn)電荷。(

)(4)當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離時(shí)，可將這兩個(gè)帶電體看成點(diǎn)電荷。(

)×××√試一試

(多選)關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是(

)A.體積很小的帶電體一定能看成點(diǎn)電荷B.體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷C.當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小和形狀對(duì)它們之間的相互作用力的影響可忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看成點(diǎn)電荷D.一切帶電體都有可能看成點(diǎn)電荷經(jīng)典例題CD答案：CD解析：一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是由其大小、形狀而定的，而是看它的大小、形狀對(duì)所研究的問題而言是否可以忽略。若可以忽略，就可以看成點(diǎn)電荷，否則就不能看成點(diǎn)電荷。一切帶電體都有可能看成點(diǎn)電荷。A、B錯(cuò)誤，C、D正確。正確教育兩點(diǎn)電荷間的靜電力兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與距離、電荷量有怎樣的關(guān)系?下面讓我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。(1)探究電荷間作用力的大小與距離的關(guān)系如圖1-10所示，把兩個(gè)完全相同、帶同種電荷的小球掛在等長絕緣細(xì)線下端，觀察細(xì)線相對(duì)豎直方向的偏離角度(角度越大，靜電力越大):增大兩細(xì)線懸點(diǎn)之間的距離，觀察細(xì)線偏離角度有什么變化。電荷間作用力的大小與距離、電荷量的關(guān)系(2)探究電荷間作用力的大小與電荷量的關(guān)系保持絕緣細(xì)線懸點(diǎn)位置不變，同時(shí)改變兩小球的電荷量(如用帶電棒同時(shí)接觸兩球)，再觀察細(xì)線偏離的角度，可得出什么結(jié)論?電荷間作用力的大小與距離、電荷量的關(guān)系影響電荷間的相互作用的因素有電荷量的多少和電荷之間距離的長短。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。通過以上實(shí)驗(yàn)只能定性了解兩電荷間的作用力與它們之間的距離和電荷量的關(guān)系。兩電荷之間作用力的規(guī)律是法國物理學(xué)家?guī)靵?C.Coulomb，1736-1806)在前人工作的基礎(chǔ)上，

設(shè)計(jì)了一個(gè)十分精妙的實(shí)驗(yàn)(扭秤實(shí)驗(yàn))，對(duì)電荷之間的作用力開展研究。庫侖做了大量實(shí)驗(yàn)，于1785年得出了庫侖定律。平衡小球B細(xì)銀絲帶電小球C帶電小球A刻度盤與指針(1)內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力F的大小，與它們的電荷量Q1、Q2的乘積成正比，與它們的距離r的二次方成反比；作用力的方向沿著它們的連線，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。(2)公式：F＝

，式中k＝9.0×109

N·m2/C2，稱為靜電力常量。庫侖定律①條件：

真空中、靜止電荷②大?。号c電荷量的乘積成正比，與它們距離的二次方成反比。③方向：它們的連線上（同種電荷沿連線向內(nèi)，異種電荷沿連線向外）。k是一個(gè)常量，叫作靜電力常量。④對(duì)公式的認(rèn)識(shí)：

對(duì)庫侖定律的理解若兩個(gè)半徑為R的帶同種電荷球體，帶電荷量均為Q，球心相距為r＝3R，則兩球間的靜電力是F＝

，正確嗎？為什么？不正確。兩個(gè)規(guī)則的帶電球體相距比較近時(shí)，不能被看作點(diǎn)電荷，此時(shí)必須考慮電荷在球上的實(shí)際分布。r++++++r---++兩個(gè)帶電量為1C的點(diǎn)電荷在真空中相距1m時(shí)，相互作用力是9.0×109N，差不多相當(dāng)于一百多噸的物體的重力!由此可見，庫侖是一個(gè)非常大的電荷量單位。通常一把梳子和衣袖摩擦所帶的電荷量不到百分之一庫侖，但在天空中發(fā)生閃電之前，巨大的云層中積累的電荷可達(dá)幾百庫侖。①兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力，等于各點(diǎn)電荷分別單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的作用力的矢量和②任何一個(gè)帶電體都可以看成由許多點(diǎn)電荷組成的。所以，如果知道帶電體上的電荷分布，根據(jù)庫侖定律和平行四邊形定則就可以求出帶電體間的靜電力的大小和方向________根據(jù)電荷分布找出等效電荷中心++-qQ1Q2F2F1F靜電力疊加原理法國物理學(xué)家?guī)靵隼门こ友芯砍隽穗姾砷g相互作用力的大小跟電量和距離的關(guān)系。

(1)B球的作用是什么呢？

提示：使A球在水平面內(nèi)平衡(2)如何觀測庫侖力的大??？提示：A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)的角度和力的大小有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。庫倫扭秤庫倫實(shí)驗(yàn)2.實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟主要有哪些？(1)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。(2)實(shí)驗(yàn)步驟：改變A和C之間的距離，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與距離r的關(guān)系；改變A和C的帶電荷量，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與帶電荷量q之間的關(guān)系。視頻演示：庫倫實(shí)驗(yàn)3.觀看實(shí)驗(yàn)視頻后，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)力F與距離r的二次方成反比。(2)力F與q1和q2的乘積成正比。(3)力F與q1和q2的關(guān)系：

庫倫扭秤

如圖所示，兩個(gè)半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上，兩球面最近距離為r，帶等量異種電荷，電荷量大小均為Q，兩球之間的靜電力為下列選項(xiàng)中的哪一個(gè)(

)A.等于 B.大于C.小于 D.等于經(jīng)典例題B答案：B解析：由于兩金屬球帶等量異種電荷，電荷間相互吸引，因此電荷在金屬球上的分布向兩球靠近的一面集中，電荷間的距離就要比3r小。根據(jù)庫侖定律，靜電力一定大于

，選項(xiàng)B正確。

如圖所示，分別在A、B兩點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C。在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m。如果有一電子靜止放在C點(diǎn)處，則它所受的庫侖力的大小和方向如何？(靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2)經(jīng)典例題解析：電子帶負(fù)電，在C點(diǎn)同時(shí)受A、B兩點(diǎn)電荷的作用力FA、FB，如圖所示。同理可得FB＝8.0×10－21N。由矢量的平行四邊形定則和幾何知識(shí)得靜止放在C點(diǎn)的電子受到的庫侖力大小F＝FA＝FB＝8.0×10－21N，方向平行于AB連線由B指向A。庫侖定律點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷的定義條件兩點(diǎn)電荷間的靜電力庫侖定律靜電力疊加原理美國東部一枚火箭從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心39B發(fā)射塔沖天而起。這是美國未來載人航天工具——“戰(zhàn)神Ⅰ—X”火箭的第一次升空。升空過程中由于與大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電，如果這些靜電沒有被及時(shí)導(dǎo)走，下列情況中升空后的“戰(zhàn)神Ⅰ—X”火箭能被視為點(diǎn)電荷的是(

)A.研究“戰(zhàn)神Ⅰ—X”火箭外部與其相距1m處的一個(gè)帶電微粒之間的靜電力B.研究“戰(zhàn)神Ⅰ—X”火箭與地球(帶負(fù)電)之間的靜電力C.任何情況下都可視為點(diǎn)電荷D.任何情況下都不可視為點(diǎn)電荷B答案：B解析：當(dāng)火箭離開地球較遠(yuǎn)時(shí)，火箭的大小相對(duì)于火箭與地球之間的距離可忽略不計(jì)。電荷在火箭上的分布情況對(duì)研究火箭與地球間靜電力的作用可忽略不計(jì)，此時(shí)火箭可視為點(diǎn)電荷，選B。如圖所示，相同的兩個(gè)金屬小球A、B帶有電荷量大小相等的電荷，相隔一定的距離固定放置，兩球(可視為點(diǎn)電荷)之間的吸引力大小為F，今用第三個(gè)相同的不帶電的金屬小球C先后與A、B兩個(gè)球接觸后移開，這時(shí)，A、B兩個(gè)球之間的相互作用力大小是(

)A. B.C.