1、第2节静电力库仑定律学习目标1.知道点电荷的概念及带电体可简化为点电荷模型的条件。(科学方法)2.理解库仑定律的内容、公式、适用条件，会用其求解点电荷间的作用力。(科学思维)3.知道静电力常量，了解库仑扭秤实验。(物理观念)一、静电力与点电荷模型1静电力(1)定义：电荷间的相互作用力，也叫库仑力。(2)影响静电力大小的因素：两带电体的形状、大小、电荷量、电荷分布、两者间的距离等。2点电荷(1)定义：物理学上把本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体叫作点电荷。(2)特点：只有电荷量，没有大小的几何点。二、库仑定律1内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成
2、正比，与它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相斥，异种电荷相吸。2表达式：Fk，其中k为静电力常量。如果各物理量都采用国际单位制，则k9.0109 Nm2/C2。3库仑定律的适用条件：真空中的点电荷。4静电力的叠加原理：对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。三、静电力与万有引力的比较比较项目万有引力定律FG库仑定律Fk不同点描述对象两质点间的力两点电荷间的力力的性质只有引力引力或斥力产生原因物体有质量物体带电相同点公式的形式都与距离的二次方成反比，与质量或电荷量的乘积成正比力的方向力的方向均在
3、相互作用物体的连线上1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)体积很小的带电体都能看成点电荷。()提示带电体能否看成点电荷不是依据带电体的大小和带电荷量的多少，而是看带电体对研究问题的影响能否忽略不计。(2)点电荷是一种理想化模型。()(3)库仑力的大小与电性没有关系。()(4)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑力大小一定相等。()(5)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算库仑力的大小。()提示两带电球相距较近时，电荷的分布会受到影响，故不能应用库仑定律计算。2(多选)关于点电荷，下列说法正确的是()A带电荷量少的电荷就是点电荷B一个电子不论在何种情况
4、下均可视为点电荷C在实际中点电荷并不存在D一个带电体能否看成点电荷，不是看它尺寸的绝对值，而是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计CD一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是看它的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响能否忽略不计，因此大的带电体一定不能看成点电荷和小的带电体一定能看成点电荷的说法都是错误的，所以选项A、B错误，C、D正确。3对于库仑定律，下列说法中正确的是()A凡计算两个点电荷间的作用力，就可以使用公式FkB两个带电小球即使距离非常近，也能用库仑定律C相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D两个点电荷的电荷量各减为原来的一
5、半，它们之间的距离保持不变，则它们之间的库仑力减为原来的一半C库仑定律适用于真空中的点电荷之间的静电力的计算，由此可判断选项A、B均错误。两点电荷间的库仑力符合牛顿第三定律，选项C正确。根据库仑定律，两点电荷的电荷量各减为原来的一半时，库仑力减为原来的，选项D错误。对点电荷的理解1.点电荷是理想化模型只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。2带电体看成点电荷的条件如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷。3元电荷与点电荷(1
6、)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位。(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电荷量的整数倍。【例1】(多选)下列关于点电荷的说法正确的是()A无论两个带电体多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作是点电荷B一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷C一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷D.两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理AD无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时，带电体本身的大小对于所
7、研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，选项A正确，而选项C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若带异种电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离，因此，选项D正确。12018年10月25日6时57分，我国在太原卫星发射中心成功发射“海洋二号B”卫星，卫星升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的“海洋二号
8、B”能被视为点电荷的是()A研究“海洋二号B”卫星与距其1 m处的一个带电微粒之间的静电力B研究“海洋二号B”卫星与地球(带负电)之间的静电力C任何情况下都可视为点电荷D任何情况下都不可视为点电荷B由带电体可看作点电荷的条件，研究“海洋二号B”卫星与距其1 m处的一个带电微粒之间的静电力时，“海洋二号B”卫星的大小不能忽略不计，不能视为点电荷，故A错误；研究“海洋二号B”卫星与地球(带负电)之间的静电力，“海洋二号B”卫星的大小可以忽略不计，能视为点电荷，B正确；结合A、B选项可知，带电体能否看作点电荷，由所研究问题的性质决定，与带电体自身大小及形状无关，故C、D错误。库仑定律的理解及应用1.
9、库仑定律的适用条件：(1)真空。(2)点电荷。这两个条件都是理想化的，在空气中库仑定律也近似成立。2两个点电荷间的库仑力(1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只与两个电荷的电荷量及间距有关，与它们的周围是否存在其他电荷无关。(2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，与两个电荷的性质、带电多少均无关，即作用力与反作用力总是等大、反向。3多个点电荷的库仑力如果一个点电荷同时受到另外两个或多个点电荷的作用力，总的库仑力等于其他点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和。4两个带电球体间的库仑力(1)两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，也适用库仑定律，球心间的距离就是二者的
10、距离。(2)两个规则的带电金属球体相距比较近时，不能被看成点电荷，此时两带电球体之间的作用距离会随电荷的分布发生改变。如图甲，若带同种电荷，由于排斥而作用距离变大，此时Fk；如图乙，若带异种电荷，由于吸引而作用距离变小，此时Fk。甲乙【例2】如图A、B、C三点在同一直线上，ABBC12，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为2q的点电荷，其所受电场力为()ABCFDF思路点拨：解答本题应注意以下三点：电场力与电荷电量大小的关系。电场力与点电荷间距的关系。电场力的方向规定。B在A处放一电荷量为q
11、的点电荷时，Q所受电场力大小为F；在C处放一电荷量为2q的点电荷时，Q所受电场力大小为F。且不管电荷Q是正还是负，两种情况下，Q受力方向相同，故选项B正确，A、C、D错误。求解库仑力的基本步骤(1)明确研究对象Q1、Q2，特别是电性和电荷量的关系。(2)明确Q1、Q2之间的距离r。(3)根据库仑定律Fk列方程。(4)根据同种电荷相斥，异种电荷相吸确定库仑力的方向。上例中若B处Q带正电，且A、C两处的电荷同时存在，求B处电荷受到的库仑力大小？解析B处电荷受A处电荷作用力大小F1F，方向由B指向C，B处电荷受C处电荷作用力大小F2，方向由B指向C。故B处电荷所受合力F合F1F2，方向由B指向C。答
12、案训练角度1：库仑定律公式的应用2(多选)要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法中可行的是()A每个点电荷的电荷量都增大到原来的4倍，点电荷间的距离变为原来的2倍B保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C使一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的D保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小到原来的AD库仑力公式Fk，每个点电荷的电荷量都增大到原来的4倍，点电荷间的距离变为原来的2倍，则库仑力为F1k4F，A项正确；保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍，则库仑力为F2kF，B
13、项错误；使一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的，则库仑力为F3k8F，C项错误；保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小到原来的，库仑力为F4k4F，所以D项正确。训练角度2：库仑定律与电荷守恒定律综合3如图所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，A球电荷量为Q，B球电荷量为3Q，两球之间的静电力大小为F，将两球相互接触后放回原处， 此时两球之间的静电力变为()AB小于CD大于B金属小球A和B，带电量分别为Q和3Q，因两球不能看作是点电荷，因为两球电荷间的吸引作用，根据库仑定律，可知相互作用力大小为Fk；将两
14、球接触后再放回原处，电荷先中和再平分，带电量变为Q，由于两球之间相互排斥，则根据库仑定律，有：FF，故选B。库仑力作用下的力学问题1.库仑力作用下力学综合问题，可以归纳为“电学问题，力学方法”。静电力是性质力，不是效果力，它与重力、弹力、摩擦力一样，具有自己的特性，同时，具有力的共性，遵循力学规律和力的运算法则。2具体问题做好“两分析”“一选取”(1)受力分析：除分析重力、接触力之外，还要分析库仑力的作用。(2)状态分析：通过分析确定带电体是处于平衡状态还是处于加速状态。(3)根据题目情景和提供的条件选取恰当的物理规律列方程求解。【例3】如图所示，质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂
15、于O点，带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上。其中O点与小球A的间距为l，O点与小球B的间距为l，当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角30。带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k。则()AA、B间库仑力大小FBA、B间库仑力大小FC细线拉力大小FTD细线拉力大小FTmg思路点拨：解此题关键是利用几何关系“OAl，OBl，30”找到AB间距。B带电小球A受力如图所示，OCl，即C点为OB中点，根据对称性ABl。由库仑定律知A、B间库仑力大小F，细线拉力FTF，选项A、C错误；根据平衡条件得F cos 30mg，得F，绳子拉力FT，选项B正确，D错误。处理点电荷的平衡问题及动力学问
16、题的方法(1)确定研究对象。如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”。(2)对研究对象进行受力分析，多了库仑力(F)。(3)列平衡方程(F合0或Fx0，Fy0)。4(多选)如图所示，两个带电小球A、B的质量分别为m1、m2，带电荷量分别为q1、q2。静止时两悬线与竖直方向夹角分别为1、2，且A、B恰好处在同一水平面上，则()A若q1q2，则12B若q1q2，则12C若m1m2，则12 D若m1m2，则12CD两电荷间的库仑力是相互的，大小相等、方向相反且作用在同一直线上。每个带电小球受库仑力、重力和绳子拉力，三力平衡，由平衡条件可得m1g tan 1k，m2g ta
17、n 2k，即m1g tan 1m2g tan 2，可知C、D正确。课 堂 小 结知 识 脉 络1个方法探究实验中的控制变量法1个定律库仑定律1个模型点电荷理想模型1个常量静电力常量1下列关于点电荷的说法正确的是 ()A任何带电球体都可以看成电荷全部集中于球心的点电荷B球状带电体一定可以看成点电荷C点电荷就是元电荷D一个带电体能否看成点电荷应视具体情况而定D一个带电球体能否看成点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状及带电荷量的多少来判断，因此选项D正确，A、B错误；元电荷是电荷量，点电荷是带电体的抽象，两者的内涵不同，所以选项C错。2(多选)如图所示，可视为点电荷的小物体A、B分别
18、带负电和正电，B固定，其正下方的A静止在绝缘斜面上，则A受力个数可能为()AA可能受2个力作用BA可能受3个力作用CA可能受4个力作用DA可能受5个力作用AC小物体A必定受到两个力作用，即重力和B对它的电场力，这两个力方向相反，若两者恰好相等，则A只受这两个力作用。若向上的电场力小于A的重力，则A还将受到斜面的支持力，这三个力不能平衡，用假设法可得A必定也受到了斜面的静摩擦力，所以A受到的力可能是2个，也可能是4个，选项A、C正确。3两个分别带有电荷量Q和4Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其固定距离变为r，则两球间库仑力的大小
19、为()A.9FBFCF D12FB相距为r时，根据库仑定律得Fk；接触后，各自带电荷量变为Q，则此时有FkF，故B正确，A、C、D错误。4中国的FY3A卫星可观测到高能质子和高能电子。如图所示，分别在A、B两点放置点电荷Q121014 C和Q221014 C。在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102 m。如果有一高能电子在C点处，它所受的库仑力的大小和方向如何？解析电子在C点同时受A、B处点电荷的作用力FA、FB，如图所示。由库仑定律Fk得FAFBk9.0109 N8.01021 N由平行四边形定则得，在C点的电子受到的库仑力FFAFB8.01021 N，方向平行于AB向左。答案8.01021 N方向平行于AB向左