2022-2023年高中物理競(jìng)賽 電場(chǎng)第2節(jié)庫侖定律課件

1、1.2 庫侖定律 一 點(diǎn)電荷模型 點(diǎn)電荷實(shí)際上是一個(gè)帶電體,若帶電體的線度比帶電體之間的距離小得多時(shí),它們之間的作用力只取決于它們的電荷量和距離,而與其它因素?zé)o關(guān).滿足這個(gè)條件的帶電體叫做點(diǎn)帶電體,簡(jiǎn)稱點(diǎn)電荷. 帶電體能否被看作點(diǎn)電荷,不僅取決于帶電體本身的大小,而且取決于它們之間的距離.二 庫侖定律1、定義 真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷間的靜電力服從的規(guī)律叫庫侖定律. 2、內(nèi)容及數(shù)字表達(dá)式 （1）兩個(gè)點(diǎn)電荷間的靜電力大小相等而方向相反,并且沿著它們的聯(lián)線;同號(hào)電荷相斥,異號(hào)電荷相吸; （2）靜電力的大小與各自的電荷q1及q2成正比,與距離r的平方成反比,即 其中k是比例常數(shù),依賴于式中各量單位的選

2、取 .（1-1） 三 電荷的單位 電磁學(xué)中最常用的單位制有高斯制和國際制. 1、高斯制 基本量為:長度、質(zhì)量、時(shí)間、電荷量 基本單位為:厘米、克、秒、靜庫 電荷的單位:靜庫（即電荷的單位為基本單位） 靜庫是通過令式（1-1）中的k=1而定義的 當(dāng)q1=q2=1及r=1時(shí),且規(guī)定k=1,由上式F=1. 即: 當(dāng)兩個(gè)電荷相等的點(diǎn)電荷相距1厘米,而它們之間的電性力為1達(dá)因時(shí),這兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷均為1靜庫. k=1時(shí),（1-4） 2、國際制（MKSA制） 基本量為: 長度、質(zhì)量、時(shí)間、電流強(qiáng)度 基本單位為:米、千克、秒、安培 （1）在國際單位制中,電荷的單位是庫侖,庫侖的定義為 如果導(dǎo)線中載有1安培的

3、穩(wěn)恒（恒定）電流,則在1秒內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷定義為1庫侖,即1庫侖=1安培1秒 （2） 庫侖定律中各量的單位已選定, 所以k 只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)出.大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得k=9109牛頓米2/庫侖2 在國際單位制有理制中引入新的恒量來代替k, 表示為=8.91012庫侖2/牛頓米2 稱為真空中的介電常數(shù)（量）,其含義見第三章. 因此在國際單位制中,庫侖定律表述為 （1-5） 四 庫侖定律的矢量形式1、矢量的表示（本書中矢量的表示法）推廣 2、庫侖定律的矢量形式 (1-6) q2q1表示點(diǎn)電荷1對(duì)2的作用力,作用在2上; 由點(diǎn)電荷1指向2的單位矢. 表示（1-6） 表示點(diǎn)電荷2對(duì)1的作用力,作用在1上; 由

4、點(diǎn)電荷2指向1的單位矢. 表示顯然 只要將q1和q2理解為可正可負(fù)的代數(shù)量,則（1-6）式可以同時(shí)反映靜電力的大小和方向. 例如:q1、q2同號(hào),q1 q20,則為排斥力,如圖1; 同向,q2q1圖1 q1、q2同號(hào)（排斥力） 如果:q1、q2異號(hào),q1 q20,則為吸引力,如圖2. 反向, 圖2 q1、q2異號(hào)（吸引力）q1q2五 （力的）疊加原理 當(dāng)空間有兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷時(shí),作用于每一個(gè)電荷上的總靜電力等于其它點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于該電荷的靜電力的矢量和,這就叫做疊加原理. 疊加原理說明 （1）一個(gè)點(diǎn)電荷作用于另一點(diǎn)電荷的力,總是服從庫侖定律的,不論其周圍是否存在其它電荷. （2）任何宏觀

5、帶電體都可以分成無限多個(gè)帶電元,將這些帶電元視為點(diǎn)電荷,利用庫侖定律和力的疊加原理,原則上可以解決靜電學(xué)的全部問題. 六 庫侖定律成立的條件和適用范圍1、成立條件 真空中靜止的點(diǎn)電荷.可以推廣到一個(gè)靜止的源電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,但不能推廣到運(yùn)動(dòng)的源電荷對(duì)靜止電荷或運(yùn)動(dòng)電荷的作用.2、適用范圍 庫侖定律在1013厘米到109厘米的巨大范圍內(nèi)是可靠的. 七 庫侖定律和萬有引力定律的主要異同 1、相同點(diǎn):都是有心力,長程力;在形式上都服從距離平方反比關(guān)系和源量乘積的正比關(guān)系; 2、不同點(diǎn):靜電力既有引力也有斥力,而萬有引力只有引力,沒有斥力. 例（補(bǔ)充）:計(jì)算氫原子內(nèi)電子和原子核之間的靜電作用力和萬有引力,并比較兩者大小. 已知: 距離 r =0.5291010米,電子質(zhì)量m=9.111031千克,氫原子核質(zhì)量M=1.671027千克,電子和原子核所帶電量q1=q2=1.61019庫侖,萬有引力恒量G0 =6.671011牛頓米2/千克2. 解:據(jù)庫侖定律,電子和原子核間的靜電力為牛頓 萬有引力 牛頓 兩種力的作用強(qiáng)度不同,電磁作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬有