第2節(jié)靜電力庫(kù)倫定律

1、第第2 2節(jié)節(jié) 靜電力靜電力 庫(kù)倫定律庫(kù)倫定律 物理選修物理選修3-13-11 1、自然界中存在著兩種電荷，即：、自然界中存在著兩種電荷，即： 與與 。正電荷正電荷負(fù)電荷負(fù)電荷2 2、同種電荷相互、同種電荷相互 異種電荷相互異種電荷相互 排斥排斥吸引吸引3 3、起電方法：、起電方法： 起電、起電、 起電、起電、 起電起電 摩擦摩擦感應(yīng)感應(yīng)接觸接觸4 4、電荷守恒定律、電荷守恒定律知識(shí)回顧知識(shí)回顧電荷既不能創(chuàng)造，也不會(huì)被消滅，它只能電荷既不能創(chuàng)造，也不會(huì)被消滅，它只能從一個(gè)物體從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分分。在任何物理過(guò)

2、程中，。在任何物理過(guò)程中，電荷的代數(shù)和是恒定不變的電荷的代數(shù)和是恒定不變的。知識(shí)回顧知識(shí)回顧三種起電實(shí)質(zhì)三種起電實(shí)質(zhì): :（1 1）摩擦起電）摩擦起電：（2 2）接觸起電：）接觸起電：（3 3）靜電感應(yīng)：）靜電感應(yīng)：使電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。使電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。電荷均分原理：電荷均分原理：兩個(gè)物體兩個(gè)物體形狀和大小完全相同形狀和大小完全相同的導(dǎo)體的導(dǎo)體接觸后，它們接觸后，它們所帶的電荷將完全平分所帶的電荷將完全平分。近端感應(yīng)異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷。近端感應(yīng)異種電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷。電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移

3、到另一部分。電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。新課導(dǎo)入新課導(dǎo)入迷你實(shí)驗(yàn)室迷你實(shí)驗(yàn)室思考：（思考：（1 1）只有氣球靠近易拉罐時(shí)，易拉罐才會(huì)滾動(dòng)，）只有氣球靠近易拉罐時(shí)，易拉罐才會(huì)滾動(dòng)，說(shuō)明了什么？說(shuō)明了什么？ （2 2）兩個(gè)氣球同時(shí)靠近易拉罐，哪一個(gè)最有可能）兩個(gè)氣球同時(shí)靠近易拉罐，哪一個(gè)最有可能拉動(dòng)易拉罐？拉動(dòng)易拉罐？一、靜電力與點(diǎn)電荷模型一、靜電力與點(diǎn)電荷模型1.1.影響靜電力的因素：影響靜電力的因素：電荷量，電荷間距離，帶電體形狀電荷量，電荷間距離，帶電體形狀，大小等大小等。2.2.點(diǎn)電荷模型點(diǎn)電荷模型：當(dāng)帶電體的當(dāng)帶電體的形狀和大小與形狀和大小與二者之間的二者之間的距離相比很小距離相比

4、很小時(shí)，時(shí)，其其形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略，此時(shí)帶，此時(shí)帶電體可以看作一個(gè)點(diǎn)，稱(chēng)為電體可以看作一個(gè)點(diǎn)，稱(chēng)為點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷。注意：注意：(1)(1)點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體在一定條件下的抽象，點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體在一定條件下的抽象，是為簡(jiǎn)化問(wèn)題而引進(jìn)的是為簡(jiǎn)化問(wèn)題而引進(jìn)的理想化的模型理想化的模型，并不真實(shí)存在，并不真實(shí)存在。 (2)(2)點(diǎn)電荷本身不一定很小，所帶電量也可以很點(diǎn)電荷本身不一定很小，所帶電量也可以很大。大?？膳c可與“質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)”作對(duì)比理解作對(duì)比理解。 (3) (3)對(duì)于對(duì)于均勻帶電均勻帶電的球，看為點(diǎn)電荷時(shí)距離為球的球，看為點(diǎn)電荷時(shí)距離為球心間距。

5、心間距。二、庫(kù)侖定律二、庫(kù)侖定律探究電荷間作用力探究電荷間作用力F F與二者距離與二者距離r r、電荷量、電荷量q q的關(guān)系的關(guān)系思路：思路：控制變量法控制變量法(1)F(1)F與與r r的關(guān)系：保持電荷量的關(guān)系：保持電荷量q q不變，改變二者距離不變，改變二者距離r r；(2)F(2)F與與q q的關(guān)系：保持距離的關(guān)系：保持距離r r不變，改變其中一個(gè)電荷量不變，改變其中一個(gè)電荷量q q。實(shí)驗(yàn)表明：電荷間的作用力：實(shí)驗(yàn)表明：電荷間的作用力：1 1）隨電荷量的增大而增大）隨電荷量的增大而增大 2 2）隨距離的增大而減少）隨距離的增大而減少 1 1. .內(nèi)容：內(nèi)容：真空中真空中兩個(gè)靜止的兩個(gè)靜止

6、的點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷的相互作用力跟的相互作用力跟它們所帶電量的乘積成正比，跟它們之間距離的二它們所帶電量的乘積成正比，跟它們之間距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。2 2. .表達(dá)式表達(dá)式：122q qFkrk k叫靜電力常量叫靜電力常量 k=9.0k=9.010109 9NmNm2 2/C/C2 22rMmGF 二、庫(kù)侖定律（由二、庫(kù)侖定律（由扭秤實(shí)驗(yàn)扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)得）測(cè)得）3 3. .注意：注意：1 1）試用條件：試用條件：真空中；真空中；點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷；2 2）計(jì)算時(shí)計(jì)算時(shí)q q1 1、q q2 2只代入大小只代入大小, ,“+”“+”、“-”“-

7、”號(hào)不要號(hào)不要代入代入。3 3）庫(kù)侖定律只能計(jì)算力的大小庫(kù)侖定律只能計(jì)算力的大小，可通過(guò)同種電荷，可通過(guò)同種電荷排斥，異種電荷吸引來(lái)確定方向，方向一定在二排斥，異種電荷吸引來(lái)確定方向，方向一定在二者的連線上。者的連線上。4)4)求兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷間的相互作用力時(shí)，遵循求兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷間的相互作用力時(shí)，遵循單獨(dú)疊加原則（單獨(dú)疊加原則（P P1111）。122q qFkr二、庫(kù)侖定律二、庫(kù)侖定律由于力的作用有相互性由于力的作用有相互性( (牛頓第三定律牛頓第三定律) )，因此，因此q q1 1、q q2 2可不可不等，但二者受到的庫(kù)侖力等，但二者受到的庫(kù)侖力F F1212和和F F2121（一對(duì)

8、作用力和反作用一對(duì)作用力和反作用力力）必相等。）必相等。庫(kù)侖力的方向：在它們的連線上。庫(kù)侖力的方向：在它們的連線上。 同種電荷同種電荷 異種電荷異種電荷122q qFkr 二、庫(kù)侖定律二、庫(kù)侖定律4.4.庫(kù)侖力的相互性庫(kù)侖力的相互性F21F12F21F12例題例題1 1( (庫(kù)侖力的疊加庫(kù)侖力的疊加；課本；課本P14-4)P14-4)三個(gè)點(diǎn)電荷呈三角形分布，三個(gè)點(diǎn)電荷呈三角形分布，q1=-6.0010-9C，q2=5.0010-9C，q3=-2.0010-9C，它們之間的距離和位，它們之間的距離和位置如圖所示。求置如圖所示。求q3所受靜電力的大小和方向。所受靜電力的大小和方向。q2q15m3m

9、4mq3F13F2337o正交分解正交分解FxFyFyx+例題例題2 2（庫(kù)侖力的比值庫(kù)侖力的比值；頂尖；頂尖例例2 2、4 4、3 3） 兩個(gè)相同的可視為點(diǎn)電荷的金屬小球，帶電量之比為兩個(gè)相同的可視為點(diǎn)電荷的金屬小球，帶電量之比為1 7，相距為，相距為r,兩者相互接觸后在放回原來(lái)的位置上，兩者相互接觸后在放回原來(lái)的位置上，則它們間的庫(kù)侖力可能為原來(lái)的（則它們間的庫(kù)侖力可能為原來(lái)的（ ） 4/7 B. 3/7 C. 9/7 D. 16/7CD例題3（三球平衡）：A、B兩個(gè)點(diǎn)電荷，相距為L(zhǎng)，A帶有Q的正電荷，B帶有9Q的正電荷。如果A和B固定，應(yīng)如何放置第三個(gè)點(diǎn)電荷qC，才能使此電荷處于平衡狀態(tài)

10、？（指出電性和位置）ABQ9Q解析：由點(diǎn)電荷解析：由點(diǎn)電荷qc受力平衡分析可知受力平衡分析可知qc應(yīng)放在應(yīng)放在AB連線之間，連線之間，qc是正電荷或負(fù)電荷都可以。是正電荷或負(fù)電荷都可以。29ACACQqFkr24()BCACQqFkrrACBCFFA、B對(duì)對(duì)C的靜電力分別為：的靜電力分別為：由平衡條件：由平衡條件：解得：解得：35ACrrqcC思考：如果思考：如果B是帶負(fù)電，那么是帶負(fù)電，那么qc的電性和位置又是如何？的電性和位置又是如何？9L41例題例題4:有有AB兩個(gè)帶正電的小球兩個(gè)帶正電的小球,電荷量分別為電荷量分別為Q和和9Q,在真空中相在真空中相距距L,如果引入第三個(gè)小球如果引入第三

11、個(gè)小球C,恰好使得恰好使得3個(gè)小球個(gè)小球只在相互的靜電力只在相互的靜電力作用下作用下都處于平衡狀態(tài)都處于平衡狀態(tài),第三個(gè)小球應(yīng)帶何種電荷第三個(gè)小球應(yīng)帶何種電荷,應(yīng)放在何處應(yīng)放在何處,電電荷量又是多少荷量又是多少?ABQ9QqcC解：每個(gè)帶電小球都受到另外兩個(gè)小球的庫(kù)侖力作用，且都處于解：每個(gè)帶電小球都受到另外兩個(gè)小球的庫(kù)侖力作用，且都處于平衡態(tài)，由受力分析可知小球平衡態(tài)，由受力分析可知小球C應(yīng)放在應(yīng)放在AB連線之間，且應(yīng)帶負(fù)電。連線之間，且應(yīng)帶負(fù)電。由由C受力平衡受力平衡FAC=FBC有：有：229()CCACACQqQqkkrLr14ACrL解得：解得：2229CACQqQkkLr由由A受力

12、平衡受力平衡FBA=FCA有：有：916CqQ解得：解得：所以第三個(gè)小球所以第三個(gè)小球C應(yīng)放在應(yīng)放在AB連線之間距連線之間距A為為 處，處，電荷量為電荷量為14ACrL916CqQ AB+4Q-QqcC例題例題5：相距為：相距為L(zhǎng)的點(diǎn)電荷的點(diǎn)電荷A、B的帶電量分為的帶電量分為+4Q和和-Q，要引進(jìn)，要引進(jìn)第三個(gè)點(diǎn)電荷第三個(gè)點(diǎn)電荷C，使三個(gè)點(diǎn)電荷在庫(kù)侖力作用下都能處于平衡狀，使三個(gè)點(diǎn)電荷在庫(kù)侖力作用下都能處于平衡狀態(tài)，試求態(tài)，試求C電荷的電量和放置的位置？電荷的電量和放置的位置？解析：如圖所示，首先分析點(diǎn)電荷解析：如圖所示，首先分析點(diǎn)電荷C可能放置的位置，三個(gè)點(diǎn)可能放置的位置，三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平

13、衡，彼此之間作用力必須在一條直線上，電荷都處于平衡，彼此之間作用力必須在一條直線上，C只能只能在在AB決定的直線上，不能在直線之外。而可能的區(qū)域有決定的直線上，不能在直線之外。而可能的區(qū)域有3個(gè)，個(gè)，一是一是AB間，間，A與與B帶異性電荷互相吸引，帶異性電荷互相吸引，C電荷必須與電荷必須與A、B均均產(chǎn)生推斥力，這不可能。二是在產(chǎn)生推斥力，這不可能。二是在BA連線的延長(zhǎng)線上，放連線的延長(zhǎng)線上，放A的左的左側(cè)，此時(shí)側(cè)，此時(shí)C離離A近，近，A帶電荷又多，不能同時(shí)使帶電荷又多，不能同時(shí)使A、B處于平衡。處于平衡。三是三是AB連線的延長(zhǎng)線上，放連線的延長(zhǎng)線上，放B的右側(cè)且?guī)д娔軡M足的右側(cè)且?guī)д娔軡M足A、B同同時(shí)處于平衡，時(shí)處于平衡，C同時(shí)也平衡。同時(shí)也平衡。解：設(shè)點(diǎn)電荷解：設(shè)點(diǎn)電荷C置于置于B的右側(cè)且