1、第九章 靜電場及其應用華中師范大學龍崗附屬中學2 庫侖定律課堂探究探究電荷相互作用規律甲乙丙電荷間相互作用力大小和那些因素相關呢？同種電荷相互吸引 異種電荷相互排斥請參照如圖裝置，按如下步驟進行實驗：（1）分別讓球形導體A和通草球B帶上同種電荷，并使其處于同一水平面上（2）保持球形導體A和通草球B上電荷量不變，改變球形導體A與通草球B之間的距離，觀察懸線與豎直方向偏角的變化（3）增加球形導體A的電荷量，觀察懸線與豎直方向偏角的變化分析以上實驗現象，兩個帶電體之間的相互作用力可能與什么因素有關？觀察與思考1.帶電量保持不變時，距離越近，偏角越大，靜電力越大；2.距離保持不變時，帶電量越大，偏角越

2、大，靜電力越大；實驗結論：18世紀中葉以前，研究帶電體間的靜電歷經三大困難：“電力”非常小，沒有儀器可以測量還沒有度量電荷的單位，無法比較電荷的多少不清楚帶電體上的電荷分布，難以確定相互作用的電荷之間的距離定量研究的困難：兩個帶電體之間的靜電力與它們的帶電量、距離之間存在怎樣的定量關系呢？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。1687年，牛頓的萬有引力定律正式發表于自然哲學的數學原理之中，解釋了萬有引力定律服從反比平方規律1760年，D.伯努利首先猜測電力會不會跟萬有引力一樣，服從反比規律。1785年，庫倫在前人研究的基礎上，通過實驗得到庫倫定律。1767年，英國化學家

3、普里斯特利根據實驗提出猜測，“電的吸引與萬有引力服從同一規律，即與距離平方成反比”數據來源于黃吉平科學博客類比 猜想 實驗檢驗二、定量研究：庫侖扭秤實驗1、實驗方法：控制變量法（1）保持帶電量q一定，探究靜電力F與距離r的關系（2）保持距離r一定，探究靜電力F與電荷量q的關系2、如何設計實驗：庫侖扭秤實驗1、實驗裝置：庫侖扭秤2、主要部件：細銀絲、帶電的金屬小球A和C (C固定)、 不帶電的小球B3、實驗原理：A和C之間的作用力使懸絲扭轉，扭轉的角度和力的大小有一定的對應關系 思考：B球的作用是什么呢？使A球在水平面內平衡刻度盤與指針帶電小球C帶電小球A細銀絲刻度平衡小球B4、實驗步驟：探究靜

4、電力F與距離r的關系：（1）把帶電小球C插入容器并使它靠近A，記錄扭轉的角度用以比較力的大小（2)改變A和C之間的距離r，記錄每次懸絲扭轉的角度，便可找出F與r的關系在庫侖那個時代不清楚帶電體上的電荷分布，怎樣確定相互作用的電荷之間的距離呢？庫倫根據電荷在金屬球表面上均勻分布的特點，把金屬球想象成集中在球心的“點電荷”，即可解決測量帶電體之間距離的問題“點電荷”是一種理想化模型。當兩個帶電體自身的大小遠小于它們之間的距離，可把帶電體看作一帶電的點，叫做“點電荷”。4、實驗步驟：探究靜電力F與電荷量q的關系：改變A和C的電量q1、q2，記錄每次懸絲扭轉的角度，便可找出F與q1、q2的關系在庫侖那

5、個時代，還不知道怎么樣測量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量的單位都沒有，又怎么樣做到改變A和C的電荷量呢？ACqAD2qAC2qA電量均分條件:完全相同的金屬球實驗結論：庫倫定律1、帶電量q一定2、距離r一定1、庫倫通過實驗得出結論：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。這個規律稱為庫倫定律。電荷間這種相互作用力叫做靜電力或庫侖力。2、表達式為：式中的k是比例系數，叫做靜電力常量。其值通過實驗測定所得。k9.0109Nm2/C23、適用條件：真空中，靜止點電荷4、靜電力是矢量。方向：在兩個點電荷的連線上，同性電荷相

6、斥，異性電荷相吸。討論與思考相隔一定距離的兩個帶電金屬球，因為體積偏大而不能被視為點電荷，如果用兩個金屬球的球心間距離來計算庫侖力，計算結果比真實值偏大、偏小還是相等？為什么解 :根據庫侖定律，它們之間的靜電力根據萬有引力定律，它們之間的萬有引力微觀粒子間的萬有引力遠小于庫侖力。在研究微觀帶電粒子的相互作用時，可以把萬有引力忽略。三、靜電力的計算靜電力的疊加原理（1）如果存在兩個以上點電荷，那么，每個點電荷都要受到其他所有點電荷對它的作用力。實驗表明，兩個點電荷之間的作用力不因第三個點電荷的存在而改變。（2）兩個或兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量

7、和。如果存在兩個以上點電荷怎樣計算靜電力呢？是否會因為第三個點電荷被移近而改變呢？根據平行四邊形定則可得每個點電荷所受的靜電力的大小相等，數值均為 0.25 N，方向均沿另外兩個點電荷連線的垂直平分線向外【例題3】在邊長立為a的正方形的每個頂點都放置一個電荷量為q的點電荷如果保持它們的位置不變，每個電荷受其他電荷的靜電力是多少，其所受的合力是多少？解：如圖，假設第四個電荷q放在d點，則對角線上b點的電荷給它的庫侖斥力為a電荷和c點的電荷給它的庫侖斥力大小均為根據力的合成法則，點電荷q所受的電場力大小為點電荷q所受的電場力方向為由b指向d【例題4】如圖所示，在一條直線上有兩個相距r=0.4m的點電荷A、B，A帶電荷量+Q，B帶電荷量-9Q現引入第三個點電荷C，恰好使三個點電荷處于平衡狀態，則C應帶什么性質的電？放于何處？所帶電量為多少?對點電荷A，其受力也平衡