物理：1.2庫(kù)侖定律新人教版選修(3-1)

1、新課標(biāo)高中物理選修新課標(biāo)高中物理選修3 31 1既然電荷之間存在相互作用，那么電荷之間既然電荷之間存在相互作用，那么電荷之間相互作用力的大小決定于那些因素呢相互作用力的大小決定于那些因素呢同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引。同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引。一、定性研究一、定性研究如何探究影響電荷間相互作用力的因素如何探究影響電荷間相互作用力的因素實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作操作保持電荷量不變，改變懸點(diǎn)位保持電荷量不變，改變懸點(diǎn)位置，從而改變小球間距置，從而改變小球間距r，觀察，觀察夾角夾角變化情況變化情況改變小球帶電量改變小球帶電量q，觀察夾角觀察夾角變化情變化情況況實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)象r變大，變大，變小變小

2、r變小，變小，變大變大q變大，變大，變大變大q變小，變小，變小變小實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論電荷間的作用力與距離有關(guān)，與電荷量有關(guān)電荷間的作用力與距離有關(guān)，與電荷量有關(guān)電荷間的作用力與它們帶的電荷量以及距電荷間的作用力與它們帶的電荷量以及距離有關(guān)，那么電荷之間相互作用力的大小離有關(guān)，那么電荷之間相互作用力的大小會(huì)不會(huì)與萬(wàn)有引力的大小具有相似的形式會(huì)不會(huì)與萬(wàn)有引力的大小具有相似的形式呢？呢？ 早在我國(guó)東漢時(shí)期人們就掌握了電早在我國(guó)東漢時(shí)期人們就掌握了電荷間相互作用的定性規(guī)律荷間相互作用的定性規(guī)律; 定量討論電荷間相互作用則是兩千定量討論電荷間相互作用則是兩千年后的年后的法國(guó)法國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家?guī)靵鰩?kù)侖.庫(kù)

3、侖做了大量庫(kù)侖做了大量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn),于于1785年年得出了得出了庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律.我有辦法！我有辦法！庫(kù)侖在庫(kù)侖在17361736年年6 6月月1414日生于法國(guó)昂古萊姆庫(kù)侖家日生于法國(guó)昂古萊姆庫(kù)侖家里很有錢，在青少年時(shí)期，他就受到了良好的教育。著里很有錢，在青少年時(shí)期，他就受到了良好的教育。著有有電力定律電力定律 、電氣與磁性電氣與磁性等書(shū)。不僅在力學(xué)等書(shū)。不僅在力學(xué)和電學(xué)上都做出了重大的貢獻(xiàn)，做為一名工程師，他在和電學(xué)上都做出了重大的貢獻(xiàn)，做為一名工程師，他在工程方面也作出過(guò)重要的貢獻(xiàn)工程方面也作出過(guò)重要的貢獻(xiàn)二、定量研究：庫(kù)侖定律二、定量研究：庫(kù)侖定律1 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：真空真空中兩個(gè)中兩

4、個(gè)靜止點(diǎn)電荷靜止點(diǎn)電荷之間的相互作之間的相互作用力，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距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。線上。F:F:電荷間相互作用力電荷間相互作用力 靜電力（庫(kù)侖力）靜電力（庫(kù)侖力）靜電力常量：靜電力常量：k=9.0k=9.010109 9N Nm m2 2/C/C2 23 3、方向：同性相斥、方向：同性相斥, ,異性相吸異性相吸. .2 2、公式、公式221rqqkF二、定量研究：庫(kù)侖定律二、定量研究：庫(kù)侖定律4 4 適用范圍：真空中的適用范圍：真空中的點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷 點(diǎn)電荷點(diǎn)

5、電荷 1. 點(diǎn)電荷是點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀的理的理想化的模型想化的模型，類似于力學(xué)中的，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際并不存在，實(shí)際并不存在 2在在帶電體的大小比起它到其它帶電體的距離小帶電體的大小比起它到其它帶電體的距離小得多得多，以致帶電體的形狀和電荷在它上面的分布已無(wú)，以致帶電體的形狀和電荷在它上面的分布已無(wú)關(guān)緊要時(shí)，帶電體可視為關(guān)緊要時(shí)，帶電體可視為點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷.對(duì)點(diǎn)電荷的理解對(duì)點(diǎn)電荷的理解1點(diǎn)電荷只具有點(diǎn)電荷只具有相對(duì)相對(duì)意義意義一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的（取決于自身的幾何形狀大

6、小與帶電體之間距離的比較取決于自身的幾何形狀大小與帶電體之間距離的比較），不，不能單憑其大小和形狀確定能單憑其大小和形狀確定2注意區(qū)分點(diǎn)電荷與元電荷注意區(qū)分點(diǎn)電荷與元電荷(1)元電荷是元電荷是一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值，是一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值，是電荷量電荷量的最小單位的最小單位(2)點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀，只是不考慮帶電體的大小和形狀，是帶電個(gè)體是帶電個(gè)體，其帶電，其帶電量可以很大也可以很小，但它一定是一個(gè)元電荷電量的整數(shù)倍量可以很大也可以很小，但它一定是一個(gè)元電荷電量的整數(shù)倍庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較定律定律共同點(diǎn)共同

7、點(diǎn)區(qū)別區(qū)別影響大小的因素影響大小的因素萬(wàn)有引萬(wàn)有引力定律力定律都與距離的都與距離的平方成反比平方成反比都有一個(gè)常都有一個(gè)常量量與兩個(gè)物體質(zhì)量與兩個(gè)物體質(zhì)量有關(guān)，只有引力有關(guān)，只有引力m1、m2、r庫(kù)侖庫(kù)侖定律定律與兩個(gè)物體電荷與兩個(gè)物體電荷量有關(guān)，有引力，量有關(guān)，有引力，也有斥力也有斥力Q1、Q2、r特別提醒特別提醒 (1)庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力是兩種庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力是兩種不同性質(zhì)的力不同性質(zhì)的力，受力，受力分析時(shí)要分別分析分析時(shí)要分別分析 (2)庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力表達(dá)式的相似性，揭示了大庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力表達(dá)式的相似性，揭示了大自然的和諧美和多樣美自然的和諧美和多樣美三三、庫(kù)侖定律的應(yīng)用、庫(kù)侖定律的應(yīng)

8、用1適用條件：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用適用條件：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用2庫(kù)侖力具有力的一切性質(zhì)庫(kù)侖力具有力的一切性質(zhì)：物質(zhì)性、矢量性、相互性等，：物質(zhì)性、矢量性、相互性等，兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力是相互作用的，其大小相等，方向相反兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力是相互作用的，其大小相等，方向相反3將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向兩者分別進(jìn)行將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向兩者分別進(jìn)行即用公式計(jì)算庫(kù)侖力大小時(shí)，不必將表示電荷即用公式計(jì)算庫(kù)侖力大小時(shí)，不必將表示電荷Q1、Q2的帶電的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中從

9、而算出力的大小從而算出力的大?。涣Φ姆较蛟俑鶕?jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以判定判定4要統(tǒng)一國(guó)際單位要統(tǒng)一國(guó)際單位，與，與k9.0109Nm2/C2統(tǒng)統(tǒng)一一5如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到另外兩個(gè)或更多的點(diǎn)如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到另外兩個(gè)或更多的點(diǎn)電荷的作用力，可根據(jù)電荷的作用力，可根據(jù)靜電力疊加靜電力疊加的原理求出合力的原理求出合力（力的合成力的合成）6三個(gè)點(diǎn)電荷的平衡問(wèn)題三個(gè)點(diǎn)電荷的平衡問(wèn)題要使三個(gè)自由電荷組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，每要使三個(gè)自由電荷組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，每個(gè)電荷受到的兩個(gè)庫(kù)侖力必須大小相等，方向相反個(gè)電荷受到的兩個(gè)庫(kù)侖力必

10、須大小相等，方向相反由庫(kù)侖力的方向及二力平衡可知，三個(gè)點(diǎn)電荷必由庫(kù)侖力的方向及二力平衡可知，三個(gè)點(diǎn)電荷必須在同一直線上，且同種電荷不能相鄰，中間的異種須在同一直線上，且同種電荷不能相鄰，中間的異種電荷量應(yīng)最小，且靠近兩側(cè)電荷量較小的那一個(gè)，即電荷量應(yīng)最小，且靠近兩側(cè)電荷量較小的那一個(gè)，即：“三點(diǎn)共線，兩同夾異，兩大夾小，三點(diǎn)共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大近小遠(yuǎn)大”特別提醒特別提醒 庫(kù)侖力是電荷之間的一種相互作用力，具有自己庫(kù)侖力是電荷之間的一種相互作用力，具有自己的特性，與重力、彈力、摩擦力一樣是一種的特性，與重力、彈力、摩擦力一樣是一種“性質(zhì)性質(zhì)力力”同樣具有力的共性，例如兩個(gè)點(diǎn)電荷之間

11、的相同樣具有力的共性，例如兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力也遵守牛頓第三定律互作用力也遵守牛頓第三定律大小相等、方向相大小相等、方向相反、作用在同一直線上反、作用在同一直線上 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與其他力一樣，受力分析時(shí)不能在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與其他力一樣，受力分析時(shí)不能漏掉，對(duì)物體的平衡或運(yùn)動(dòng)起著獨(dú)立的作用漏掉，對(duì)物體的平衡或運(yùn)動(dòng)起著獨(dú)立的作用第二節(jié)第二節(jié) 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律人教版物理第第1章章 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng) 定性關(guān)系：定性關(guān)系： 電荷量越大，距離越小，電荷量越大，距離越小， 電荷之間的作用力越大電荷之間的作用力越大21qqF2221qqF 定量關(guān)系？定量關(guān)系？ r r一定時(shí)，一定時(shí)，r1F2r1F q q一定

12、時(shí)，一定時(shí)， 提出困難（測(cè)提出困難（測(cè)F F、q q1 1、q q2 2、r r） 1 1、F F太小不易測(cè)量太小不易測(cè)量 2 2、沒(méi)有電荷量的概念、沒(méi)有電荷量的概念q q無(wú)法測(cè)量無(wú)法測(cè)量閱讀問(wèn)題閱讀問(wèn)題 1、庫(kù)侖通過(guò)什么方法比較力的大小？、庫(kù)侖通過(guò)什么方法比較力的大??？ 2、庫(kù)侖通過(guò)什么方法比較電荷量的大、庫(kù)侖通過(guò)什么方法比較電荷量的大 ?。啃。?1.q1.q1 1、q q2 2一定時(shí)，探究一定時(shí)，探究F F與與r r的關(guān)的關(guān)系系 2.r2.r一定時(shí)，探究一定時(shí)，探究F F與的與的q1、q2關(guān)系關(guān)系 庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn) 研究方法：研究方法： 結(jié)論：結(jié)論：F1/rF1/r2 2 結(jié)論：即結(jié)論

13、：即 F qF q1 1q q2 2 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)方案思想方法思想方法 1、小量放大思想、小量放大思想 2、電荷均分原理、電荷均分原理控制變量法控制變量法. .課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練1、下列說(shuō)法中正確的是：A .點(diǎn)電荷是一種理想模型，真正的點(diǎn)電荷是 不存在的B .點(diǎn)電荷就是體積和帶電量都很小的帶電體C .根據(jù) 可知，當(dāng)r 0 時(shí),F D .一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看它的 尺寸大小，而是看它的形狀和大小對(duì)所研 究的問(wèn)題的影響是否可以忽略不計(jì)1 22q qFkr 答案：AD 當(dāng)帶電球體的大小、形狀不可以忽略時(shí)，是當(dāng)帶電球體的大小、形狀不可以忽略時(shí)，是否可以看做是集中在球心位置的點(diǎn)電荷？否可以看做是

14、集中在球心位置的點(diǎn)電荷？2 2、如果是兩個(gè)球形帶電導(dǎo)體：不可以、如果是兩個(gè)球形帶電導(dǎo)體：不可以1 1、如果是兩個(gè)電荷分布均勻的帶電球體可以、如果是兩個(gè)電荷分布均勻的帶電球體可以思考題思考題課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練2 2、兩個(gè)半徑為、兩個(gè)半徑為0.3m0.3m的金屬球，球心相距的金屬球，球心相距1.0m1.0m放置，當(dāng)他們都帶放置，當(dāng)他們都帶1.51.510105 5 C C的正的正電時(shí)，相互作用力為電時(shí)，相互作用力為F F1 1 ，當(dāng)它們分別帶，當(dāng)它們分別帶+1.5+1.510105 5 C C和和1.51.510105 5 C C的電量時(shí)，的電量時(shí)，相互作用力為相互作用力為F F2 2 , , 則（

15、則（ ） A AF F1 1 = F = F2 2 B BF F1 1 F F2 2 C CF F1 1 F F2 2 D D無(wú)法判斷無(wú)法判斷 答案：B 3 3、已知電子的質(zhì)量、已知電子的質(zhì)量m m1 1=9.10=9.101010-31-31kgkg，質(zhì)子的質(zhì)量，質(zhì)子的質(zhì)量m m2 2=1.67=1.671010-27-27kgkg，它們之間的距離為，它們之間的距離為5.35.3* *1010-11-11m m（結(jié)果保留一位有效數(shù)值）（結(jié)果保留一位有效數(shù)值）F F引引=3.6=3.61010-47-47N N（2 2）異種電荷相互吸引質(zhì)子）異種電荷相互吸引質(zhì)子給電子的的引力為多少？給電子的的

16、引力為多少？（1 1）它們之間的萬(wàn)有引力？）它們之間的萬(wàn)有引力？（3 3）電子給質(zhì)子的庫(kù)侖力？）電子給質(zhì)子的庫(kù)侖力？（4 4）電子繞質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的向心力由誰(shuí)提供？）電子繞質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的向心力由誰(shuí)提供？（5 5）在電子、質(zhì)子連線的垂直平分線上放一電）在電子、質(zhì)子連線的垂直平分線上放一電子，與質(zhì)子、電子構(gòu)成等邊三角形，求此時(shí)質(zhì)子，與質(zhì)子、電子構(gòu)成等邊三角形，求此時(shí)質(zhì)子受到的合子受到的合力？力？F F電電=8.2=8.21010-8-8N NF F電電=8.2=8.21010-8-8N NF F合合=14.2=14.21010-8-8N N 從例題可以看出：電子和質(zhì)子的靜電力是它們間萬(wàn)有引力的2.31039

17、倍.正因如此,以后在研究帶電微粒間相互作用時(shí),經(jīng)常忽略萬(wàn)有引力. 庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律都遵從平方反比規(guī)律,人們至今還不能說(shuō)明它們的這種相似性,物理學(xué)家還在繼續(xù)研究.典型例題例3、圖1.2-31 1、內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力、內(nèi)容：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力, ,跟它們的電荷量的乘積成正比跟它們的電荷量的乘積成正比, ,跟它們的距離的跟它們的距離的二次方成反比二次方成反比, ,作用力的方向在它們的連線上作用力的方向在它們的連線上. .3 3、適用條件：、適用條件： 真空（空氣中近似成立）真空（空氣中近似成立） 點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷4 4、點(diǎn)電荷：是一種理想模型，帶電體的形狀、點(diǎn)電荷

18、：是一種理想模型，帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間作用力的影響大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可視為點(diǎn)電荷可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可視為點(diǎn)電荷. .k=9.0k=9.010109 9N Nm m2 2/C/C2 2221rqqkF2 2、公式：、公式：誤區(qū)點(diǎn)撥：誤區(qū)點(diǎn)撥：l什么是點(diǎn)電荷？如果帶電體的大小比帶電體什么是點(diǎn)電荷？如果帶電體的大小比帶電體間的距離小很多，即帶電體的形狀和大小對(duì)間的距離小很多，即帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，就可將相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，就可將帶電體視為點(diǎn)電荷事實(shí)上，當(dāng)帶電體視為點(diǎn)電荷事實(shí)上，當(dāng)Q1、Q

19、2間的間的距離距離r0時(shí)已不能將時(shí)已不能將Q1、Q2視為點(diǎn)電荷了，視為點(diǎn)電荷了，當(dāng)然也就不能用公式當(dāng)然也就不能用公式FkQ1Q2/r2來(lái)計(jì)算來(lái)計(jì)算Q1、Q2間相互作用力的大小了可見(jiàn)，盡管數(shù)學(xué)間相互作用力的大小了可見(jiàn)，盡管數(shù)學(xué)是解決物理問(wèn)題的重要工具，但也不能不顧是解決物理問(wèn)題的重要工具，但也不能不顧物理意義而將物理問(wèn)題純數(shù)學(xué)化物理意義而將物理問(wèn)題純數(shù)學(xué)化正確答案正確答案Cl點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：完全相同金屬球接觸時(shí)電荷分配原則：完全相同金屬球接觸時(shí)電荷分配原則：同種電荷總電荷平分，異種電荷先中和，剩同種電荷總電荷平分，異種電荷先中和，剩余電荷再平分，同時(shí)注意電荷守恒定律與庫(kù)余電荷再平分，同時(shí)注意電荷守恒

20、定律與庫(kù)侖定律的結(jié)合侖定律的結(jié)合l變式變式1 (2011福州中學(xué)高二期中福州中學(xué)高二期中)已知真空已知真空中兩點(diǎn)電荷中兩點(diǎn)電荷Q與與q的作用力為的作用力為F，現(xiàn)使它們的，現(xiàn)使它們的帶電荷量都增加為原來(lái)的帶電荷量都增加為原來(lái)的2倍，并把它們之倍，并把它們之間的距離縮小為原來(lái)的一半，則此時(shí)它們之間的距離縮小為原來(lái)的一半，則此時(shí)它們之間的作用力為間的作用力為()lAF B4F C8FD16Fl答案：Dl解析：解析：若若q1、q2是固定的，要使是固定的，要使q3平衡，只平衡，只要使要使q1、q2對(duì)對(duì)q3的靜電力大小相等、方向相的靜電力大小相等、方向相反即可如果反即可如果q1、q2、q3三者都是不固定的，三者都是不固定的，則要同時(shí)使三個(gè)電荷受的靜電力的合力都等則要同時(shí)使三個(gè)電荷受的靜電力的合力都等于零，需要同時(shí)分析三個(gè)電荷的受力情況于零，需要同時(shí)分析三個(gè)電荷的受力情況lA若若m1m2，則，則12lB若若m1m2，則，則12lC若若m12lD若若m1m2，且，且q1q2，則，則12l答案：答案：ACl解析：解析：兩球所受庫(kù)侖力