库仑引力定律范文（精选5篇）
库仑引力定律 第1篇
课本上认为:“太阳系的九大行星都围绕太阳公转, 它们之间主要通过万有引力发生作用。而微观原子, 比如氢原子, 它的核外电子围绕核旋转是通过电场力来提供向心力的。”比较宏观的太阳系和微观的原子;它们之间有许多相似之点:
(1) 从结构上:太阳系所有行星绕太阳运动;原子中, 核外电子绕原子核转动。
(2) 从体积上:太阳半径为6×108m, 太阳系半径为6×1015m, 原子半径为10-10m, 原子核半径也正是原子半径的万分之一左右。
(3) 从质量上:太阳质量占太阳系总质量的99.8%, 而原子中电子质量还不到原子核质量的千分之一, 即原子核占原子总质量的
99.999%。
(4) 从空间分布上:太阳与相邻恒星的距离为太阳半径的几万到几百万倍, 而相邻原子核距离也约为原子核半径的几万到几百万倍。
通过以上比较, 我们可以把太阳类比为原子的“原子核”, 而地球和其他行星就看做“绕核旋转的电子”。这种运动形式上的相似, 使我感到库仑力和万有引力虽然是被区分为两种不同性质的力, 但它们之间肯定存在着某种必然的联系。
众所周知, 地球绕太阳公转的同时自身也由西向东自转。根据天体运动的规律以及新学过的知识, 由安培的磁性起源假说, 我想:地磁场是由地球的物质微粒内部的分子电流形成的。
(1) 由于地球自西向东自转, 在地球表面形成如图1所示的分子电流, 故形成了如图1所示的地磁场方向———即地球的南极为地磁场的北极, 这方向与科学测定的方向大致吻合, 但还存在一个磁偏角。
如何解释这个磁偏角呢?我认为:太阳系的九大行星都绕太阳运行, 它们并不是绝对共面的, 这些行星同地球一样会产生磁场, 而它们各自产生的磁场使地球运行轨道产生一个偏角, 故地磁场的方向就与地理位置的南北极出现了磁偏角。
(2) 又由于地球及其磁场的自转, 就把周围物质带动起来同方向转动 (根据电磁现象以及能的转化守恒定律) 。设地球周围的物体M随地球转动, M位于地球东侧, 由图2分析万有引力的产生:在图示位置M正垂直纸面向里运动———可想象成在地磁场作用下, 组成物质M的物质分子电流有统一的取向———形成如图3所示的环形电流, 方向A→B→C→D→A。根据磁场对电流的作用力, AB、CD所受安培力F、F′大小相等, 方向相反, BC、AD分别受安培力F2和F1, 由于AD离地球近一些, F1>F2, 故物体M受的合力∑F是指向地心的。当然∑F一般来说数量级是很小的, 因此万有引力本身就很小。
我们知道:离地球越远, 磁场越弱, 故M受安培力越小, F1与F2的合力也越小, 这与万有引力公式F=GM1M2/r2反映的规律是相符的。当物体M脱离地球引力范围时, 相当于物体与地球距离r→∞, 此时F为零。
物体M在地球西侧, 或在不同纬度、经度时, 我们都可得出M受的合力指向地心。
同时也可以分析出地球受M引力方向指向M。而且M越大, 组成M的物质的原子数、分子数越多, 运动着的电荷形成的分子电流强度I就越大, 故F越大。因而M引力大小也与M1M2乘积成正比。
由上分析, 可以说万有引力与磁场力应该是统一的。
同理, 太阳及其磁场的自转把周围物质带动起来, 使地球绕太阳公转的作用力也指向太阳。同上分析, 太阳也是绕银河系的中心自西向东转的。
我们知道, 万有引力定律只有在两物体间距离较大时, 计算值才与实测值相等, 而库仑定律也必须是两带电体间距离比它们的大小大得多的时候———即可把这两带电体看做质点时才适用, 这种适用条件的相似也可说明它们是同出一源。
安培磁性起源假说揭示了磁现象的电本质使我们认识到:所有的磁现象都可以归结为运动电荷 (电流) 间通过磁场而发生相互作用。
我们学过的万有引力是物体间通过引力场相互作用, 电场力是电荷间通过电场发生相互作用, 磁场力是电流间———运动电荷间通过磁场发生相互作用。
前面论述了万有引力是组成物质的微粒形成的分子电流在磁场中所受安培力的合力, 而电场力是两静止电荷通过电场发生的相互作用力。由于运动电荷周围会产生磁场, 磁场力正是运动电荷之间通过磁场发生相互作用力。
从推导的数学表达式中我们可以看到, 库仑力、磁场力、万有引力三者形式相同, 都是平方反比律, 可以推知:它们确有本质的联系, 有着相同的起源。万有引力的实质仍是运动电荷通过磁场发生相互作用, 因此这两个定律才这么相似。
不是吗?奥斯特发现电流磁效应后, 法拉第又发现了电磁感应现象, 从此把历来认为毫不相关的电和磁建立了联系, 为麦克斯韦建立电磁场理论奠定了基础。我们还知道, 天体引力和地球引力已被牛顿和爱因斯坦统一起来, 电力和磁力也已由麦克斯韦方程加以统一, 20世纪50年代, 美国物理学家格拉肖又提出了把弱相互作用和电磁相互作用统一起来的理论。这些统一理论的成功诱导着我们去大胆设想, 建立万有引力和电磁力统一的理论。
库仑定律教案 第2篇
教学目标：掌握库仑定律的内容，学会用库仑定理解题，了解生活中的静电现象。
教学重点：定性与定量的描述力与距离和电量的关系，库伦定理的内容及适用条件。
教学难点:库仑定理的适用条件，探究力与电量和距离关系的实验。教师：上一节课，我们探究一种新的性质力的产生条件，并对这一条件进行了认识，就是物体必须带有电荷。电荷的种类有哪些？起电方式？它们有什么样的相互作用规律？请同学们一起回顾以上所涉及到的知识。学生：回答
1、探究库仑定理
老师：我们研究一种性质的力，除了研究产生的条件，有时更关心的是它的大小，那么它的大小与哪些因素有关呢？这就是本节课所要学习的内容。
复习了相关知识，我们看几张图片更直观的了解带电体相互作用的性质。看到第一张图片我们可以想到语文中的一个成语，是什么呀？怒发冲冠对不对？只不过这里冲冠的原因是因为受到静电的作用，由于人与带电体都带上了同种电荷，在斥力的作用下，使人的头发竖起来了！我们再来看下一张图片，这是带电的塑料勺子，当靠近细流时，因为同种电荷相吸，使水流的方向发生偏转。我们看一下视频。……神奇吧，静电居然有这样的魔力。那想想，改变水流运动状态的原因是什么？ 学生：力
老师：嗯，非常正确。看了以上两张图，结合你们现有的知识，请同学们猜想一下两带电体之间的作用力与哪些因素有关呢？
同学：猜想电量、大小、形状，两电荷间的距离……探究实验好像就只针对电荷量与距离，没有考虑其他因素若他们猜想与质量有关 老师：同学们的猜想各有各的道理，但是其实实验已经以证明，当两个点电荷相距较远时，改变它的质量或体积都不会改变他们之间作用力的大小。那与距离以及电荷量对他们的作用力有何关系呢？
我们看一个动画（FLASH）。注意课本将这个内容的目的大家要认真观察，注意老师是怎么演示的！这是带电的固定小球A，金属小球通过细线悬挂在铁架台上，先后悬挂于P1、P2、P3位置，为了方便我们比较不同位置的偏转角度的大小关系，我们将小球在不同位置的三种状态呈现在同一张图上。同学们观察，此时三个位置的偏转角的变化情况是怎样的？ 学生：依次变小。
老师：嗯，对！那我们现在对小球进行受力分析。可以知道，F= 说明了偏转角度越大，它受到的力越（大）。那造成这个小球在不同位置受力大小不同原因是什么呢？ 学生：因为他们距带电体的距离不同。
老师：嗯，那是不是说明距离越小，力就越大。现在当老师将带电体靠近金属小球时，大家注意，偏转角度如何变化？学生：越来越小 老师：嗯，对，根据这个式子，说明力也是越来越（小）的！现在我们有一次说明了距离越小力越大，距离越大力越小！
老师：现在我们控制距离不变而去改变带电体的电量，看看会有什么现象？（改变小球电量）同学们，小球是不是在原来的偏转角下变得更（大）了。
老师：同学们，我们同样可以得到随着电荷量的增大力也会变得更大！
老师：我们定性地得出了力的大小的影响因素，是带电体之间的距离以及它们的电量。但是怎样得到他们之间的定量关系呢？关于这个问题，科学家们刚开始也不是很快明白的。其实对于任何一个物理规律探索的过程中，都不是一蹴而就的！是有很多物理学家不断地做实验，然后总结归纳，最后才走到成功的！同样库仑定理的发现亦如此！对库仑定理有贡献的首先是富兰克林。他做了一个空罐实验，有一个带电的金属桶，当以用细线悬挂的金属软木球靠近在金属外表面，会受到引力作用。但若将软木球放在桶内，不管软木球置于何处，都不受到电的吸引作用。当时，富兰克林百思不得其解。大约过了十年，富兰克林写信告诉他英国的朋友普利斯特里。普利斯特里核实了富兰克林的实验，并以非凡的洞察力领悟到通过这个实验可以得到电力反平方定律，因为当软木球放在很深的带电金属桶内时，没有电力作用在这个球上，这个事实是与没有万有引力作用于物质球壳内部的质点上这个事实相类似的。由于万有引力服从反平方定律，也许电力也服从反平方定律。
在上述实验事实和推测的启发下，库仑通过实验定量的测出电荷间作用力与距离、电荷量的关系，并最终得到库仑定律。
从库仑定律的发现历程中，我们可以看到，类比推理在科学研究中所起的作用是很大的。如果不是先有万有引力定律的发现，并利用类比推理进行合理猜想，单靠具体实验数据的积累，不知何年才能得到严格的库仑定律表达式。那同学们此时应该会问：库仑当年是如何定量的得出力与距离和电荷量的关系的呢？我们一起来看一下当年库仑做实验的装置——库仑扭秤。这个装置与当年卡文迪许测量引力常量的装置十分类似。
2、库仑的实验（学生自学，观看相关实验教学视频）
老师：首先我们来介绍库仑扭秤装置。纽秤的结构如图。在细银丝下悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的小球A，另一端是一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡，现在从容器正上方放入一固定小球C。为了研究带电体之间的作用力，先使A、C各带同种电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。此时银丝就会产生一个扭转力矩。那么悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。根据力矩平衡原理，可以知道在此距离下A、C之间的作用力。这就是扭秤装置的原理。那现在如果老师让同学们自己利用已有的知识来设计一个实验，你们又该如何得出力与距离以及电荷量的关系呢？设计实验，首先要确定的是用什么研究方法！那有多个变量影响的情况下，用什么方法？是不是与我们之前探究加速度与力和质量的关系所用的方法是一样的，是（控制变量法）。现在给大家两分钟思考一下。大家应该都有了自己的想法，只要合理就是可以的。现在我们给出一种方案，大家在看在看这个视频的时候，与自己的设计进行对比。如果有更好的，下课后和老师同学分享。这个视频中的实验在库困扭秤的基础上，对装置进行了改进，用杠杆平衡的方法，最终也定量的测出了力与距离、半径的关系。（我们先一起来认识一下这个实验装置。这是微量天平，这是滑道，滑道的右侧有一标尺，有两个完全相等的带电小球，一个装在微量天平的右侧，另一个装在滑道上，他可以在滑道上上下移动来改变两球的距离，距离的大小从标尺上读出。微量天平的左侧有一游码，可以左右移动，来维持衡量的水平。这个实验员操作是相当规范的，他将绝缘小球通过与人体接触，是之不带电。再让它和与它相同的小球相碰，从而使带电小球的电量减半。）看了这个视频，我们一起来回忆一下。先保持电量不变，改变两球之间的距离r，得出力与距离的平方成正比；然后控制距离不变，改变两球的带电量，得出力与电量的乘积成反比。而库仑当年也得到了这样的结论。
3、分析库仑定律内容 老师：阅读教材，库仑定律的内容是怎样叙述的。大家一起来阅读一遍。根据库仑定理内容，我们得出了其表达式。我们要明确每个字母所代表的物理意义。K值是静电力常量，大小为……请问K常量有没有单位？如果有，又给如何得出它的单位？通过表达式得出。我们来看一下应用库仑定律时应该注意哪些问题。同学们都知道电荷具有正负，但在计算力的大小时，为了避免出错，我们一般只带电荷的绝对值进行计算。至于力的方向，就直接通过同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引来判断。
从库仑定律内容的表述中，我们看到该定理成立是有条件的。请你们画出库仑定理的条件。学生：阅读并画关键词。
老师：你们画出的关键词汇有哪些？***，你起来回答一下。学生：真空、静止、点电荷。
老师：嗯，也善于把握定理的条件。我们一起来理解一下。真空：库仑定律的适用条件是在真空，为什么其他介质不行呢？因为放在任何一个介质，在电荷的作用下都会被极化，产生的极化电荷会对我们带电物质的作用力产生影响。同学们也可以这样理解，不同的介质具有不同的k值，前面K的大小是在真空中的大小，对于其他介质，比如玻璃，K值就已经不是那么大了。所以不能用真空中的库仑定律公式来求其他介质中的静电力。现在观察库仑扭秤装置，他将带电体放在圆柱体的容器中，我们应该发现，库仑已经注意到减小空气方面的影响。前面看的那个视频，实验是在空气中做的。所以在空气中，高中阶段我们依然使用库仑定律的近似处理。
静止：当同学们深入学习就会明白，如果带电体具有相对运动，那运动的电荷会产生磁场，那他不仅会受到电场力，还会受到磁场力，所以库仑定律不再使用。
点电荷：这个请同学们自己来分析，怎样的带电体可以看做点电荷？点电荷类似力学中的质点，那怎样的物体可以看成质点呢？ 学生：当物体的形状大小相对于所研究的问题可以忽略是就可以看成质点。
老师：同样的道理，通过类比，我们知道在研究带电体间的相互作用时，如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离．以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。也就是说，点电荷和质点一样也是一种理想化的物理模型。
分析了库伦定理的的适用条件，应该对该定理有了更深的理解。其实任何规律的成立，都有其成立的特定条件。所以，在以后使用这些规律分析问题时，千万要注意：所研究问题是否与所使用规律的条件相符。同学们，如果有两个带点的小球不断靠近，力会不会变得无穷大呢？若学生说不会，那我应该问为什么呢？因为此时已经不能再看做点电荷了……对，也就是说不满足库伦定理的适用条件，所以不能再用表达式计算库仑力的大小。问题提问方式，不要自己不断解释（当他们的大小与两者间的距离相比不能忽略时，是不是此时就不满足库伦定理的适用条件了，因为此时在力的作用下改变了带点球体上的电荷分布，电荷不再均匀分布在带电体表面。在这种情况下，电荷就不能看成是集中在球心的点电荷。所以不能用公式计算力的大小。）删掉这段内容
下面我们来看一个例题，检验同学们掌握的情况……（）通过这道例题，同学们在应用库仑定律时应该会小心很多。同学们，普利斯特利从空罐实验的现象，受到了万有引力平方反 比定理的启发，进而猜想到库仑力的影响因素。物理学家们在探究的过程就一直认为库仑定律与万有引力定律有相似之处。而自然规律既具有多样性，又具有统一性，我们一起总结一下它们两者的不同点与相同点。你们觉得有哪些地方不同点呢？
学生：回答（公式、适用范围、影响力大小的因素、不同点）我们一起比较了万有引力定律与库仑定律，同学们在学习过程中，也要对各个知识点进行总结归纳以及对比。这样我们可以加深对所学知识的理解。我们知道任何有质量的两个物体之间都存在万有引力，那想想电荷间是不是既受到万有引力也受到静电力呢？那在研究微观带点力的相互作用力时，是否两者都要算呢？
下面我们来看一道题。左边的一组同学算万有引力，右边的同学算库仑力。告诉老师你们计算的结果。万有引力的大小？库仑力的大小？那我们将这两个力比一下，得出了库仑力比万有引力大得多！所以在研究微观带电粒子（电子、质子、离子、原子核等等）的相互作用时，由于微观粒子间的万有引力远小于库仑力，通常可以忽略微观粒子间的万有引力。
库仑定律的综合应用 第3篇
一、与电荷守恒定律结合应用
库仑定律遵守二次方反比规律,其表达式只有在真空中、点电荷的情况下才能满足.对于与外界无电荷交换的孤立系统,电荷只是在系统内的物体间发生转移,且遵循电荷守恒定律.由于两定律中均涉及电荷的带电量,故带电体的电荷量便成了两定律联系的“纽带”,因而正确分析、确定带电体在不同状态下的带电量,便成了处理两定律综合应用的关键.
例1有三个完全相同的金属球A、B、C,A带电量为7Q,B带电量为-Q,C不带电.将A、B固定,然后让C反复与A、B接触,最后移走C球试问A、B间的相互作用力变为原来的多少倍?.
解析:C球反复与A、B球接触,最后三个球带相同的电荷量,其带电量为:
A、B间原来的相互作用力大小为:
A、B间最后的相互作用力大小为:
即,故A、B间的相互作用力变为原来的
点评:解答本题应注意:当两个完全相同的带电体相接触,如果两带电体带同种电荷,则电荷的总量平分;如果带异种电荷,则电荷先中和再均分.
两个异种点电荷接触后再放回原处,它们之间的相互作用力与原来相比可能变大,也可能变小,也可能不变;两个同种点电荷触后再放回原处,它们之间的相互作用力与原来相比可能变大,也可能不变,不会变小.
例2真空中有两个分别带有正电荷和负电荷的金属小球(小球直径可忽略不计),当它们之间的距离R时,相互作用的静电力为F.现让它们相互接触一下,然后再放回原处,仍保持间距R,则它们之间的相互作用力()
(A)一定为F (B)可能小于F
(C)一定为零(D)可能大于F
解析:根据库仑定律,真空中两个点电荷之间的作用力与电量的乘积成正比;根据电荷守恒定律,两个相同带异种电荷的金属小球接触后,它们所带的电量应首先中和再均分.设原来带电量为q1、q2,则接触后的电量都是,由数学知识可知q1、q2的乘积与的大小不确定,所以正确答案为(B)、(D).
二、在平衡状态下的应用
例3如图1所示,竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定点A,在Q的正上方的P处用绝缘细线悬挂另一质点B,A、B两质点因带电而相互排斥,致使悬线与竖直方向成θ角.由于漏电,A、B两质点的带电量减少,在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力()
(A)变小(B)变大
(C)不变(D)先变小后变大
解析:由题意可知A、B必带同种电荷,在整个过程中B质点可看成一直处于平衡状态.根据平衡条件,B质点所受的重力C、库仑力F、细线拉力T三个力的矢量构成一封闭的三角形,如图2所示.由几何关系可得△BCD～△QPB,则可得,而PB、PQ、G为定值,即细线对P的拉力不变,故选(C)项.
点评:本题利用共点力平衡中的相似三角形法使问题得以顺利求解,利用该方法的关键是找出相似三角形.
例4真空中两个点电荷,电荷量分别为q1=8×10-9 C和q2=-18×10-9 C,两者固定于相距20 cm的a、b两点上,有一个点电荷放在a、b连线上(或延长线)的某点,恰好能静止不动,则这点的位置是()
(A) a点左侧40 cm处
(B) a点右侧8 cm处
(C)b点右侧20 cm处
(D)以上都不对
解析:a所带的电荷量比b少,由分析可得引入的点电荷只有放在a的外侧才可能处于平衡状态.设它在a的外侧与a的距离为r处处于平衡状态.由平衡条件和库仑定律可得:
解得:r=40 cm.
正解答案为(A).
例5在真空中有A、B、C三个点电荷,依次放在同一直线上,都处于平衡状态,若三个点电荷的电荷量、电荷的正负及相互距离都未知,根据平衡能判断出这三个点电荷的情况是()
(A)分别带何种电荷
(B)哪几个同号,哪几个异号
(C)哪一个电荷量最小
(D)电荷量大小的排序
解析:(1)三个点电荷都为同种电荷时,根据力的平衡条件可知它们不可能同时处于平衡状态.
(2)根据力的平衡条件可得要使三个点电荷都处于平衡状态.必须保证三个点电荷在同一直线上,设q1、q2和q3依次分布在同一直线上(q2在中间)且都处于平衡状态,当q2为正电荷时,q1和q3必须都为负电荷;当q2为负电荷时,q1和q3必须都为正电荷.即分布在两边的必为同种电荷,中间的为异种电荷.
图3
(3)设三电荷处于平衡状态位置如图3所示.以q1为研究对象,由库仑定律得:
根据力的平衡条件可得q3>q2;同理以q3为研究对象,可得q1>q2,所以处在中间位置的点电荷的电量是最小的.
再以q2为研究对象,由库仑定律可得:
所以当r1>r2时,有q1>q3,表明处在中间的q2靠近另两个电量较小的点电荷.
因三个点电荷都处于平衡状态,所以有:
解得
由此可得:
另外还可以得到:
所以,三个点电荷同时处于平衡状态时,三点一定在同一直线上,位于两端的电荷是同种电荷,位于中间位置的电荷电量最小,而且靠近另两个电量较小的点电荷,若按q1、q2和q3的顺序排布则有:
由以上分析可得三个点电荷按A、B、C的顺序排在同一直线上处于平衡状态时,从位置上看两端的A、C应是同种电荷,为同号.从电量上看处在A、C之间的B的电量是最小的.因相互距离不定,所以电量大小排序不能确定,但两边一定大于中间,正确答案为(B)、(C).
三、在匀加速直线运动中的应用
例6如图4所示,质量均为m的三个带电小球放置在光滑绝缘的水平面上,A、B相距L,B、C亦相距L (L比球的半径r大得多),它们所带的电荷量均不变.A带正电,QA=6q;B带负电,QB=-3q.若在小球C上加一个水平向右的拉力F,F的大小恒定,欲使相邻两球始终保持L的间距向右运动,则F应为多大?C球所带电性如何?所带电荷量是多少?
解析:依题意,相邻两球始终保持L的间距向右运动,则三个小球的加速度大小必相同,且方向都向右.设三个球的加速度均为a,C球所带的电荷量为Qc.
以B球为研究对象,A带正电,B带负电,QA对QR的作用力FA对B向左,则QC对QB的作用力FC对B必向右,且FC对B>FA对B,才可使B球产生向右的加速度.显然,C球必带正电.
由牛顿第二定律有:
由库仑定律有:
对A球,QB对QA的作用力FB对A向右,QC对QA的作用力FC对A向左,由牛顿第二定律有:
注意到:
可得:
解得:
对于三个带电小球组成的系统,由牛顿第二定律有:
解得:
四、与向心力公式的结合应用
例7氢原子为一个电子绕一个质子做匀速圆周运动.已知质子带电量为e,电子质量为m,带电量为e,氢原子半径为r.忽略质子和电子的万有引力,求电子做匀速圆周运动的速度.
解析:电子和质子之间有相互作用的库仑力,即电子做圆周运动的向心力由库仑力提供.根据牛顿定律得:,解得:
五、与能量动量的结合应用
例8如图5所示,两个带同号电荷的小球A和B的质量分别为m和2m,开始时将它们固定在绝缘的光滑水平面上保持静止.它们仅受相互作用的库仑力.现同时释放A、B,经过一段时间后,B的速度大小为v,加速度为a,则此时()
(A) A球的速度大小为mv2,加速度为
(B) B球对A球做的功为mv2,A球的加速度为2a
(C) A球的动能为2mv2,A球的加速度为2a.
(D)A球的动量大小为mv,A球的加速度为2a
解析:把两小球作为整体,合外力为零,所以动量守恒,B的速度大小为v时,A球的速度大小为2v,根据动能定理B球对A球做的功为2mv2;它们之间的相互作用力总是相等,所以B的加速度为a时,A球的加速度为2a.正确答案为(C).
点评:在库仑定律的应用过程中,库仑定律只是给我们提供了电荷之间相互作用力的一种具体计算方法.而解决问题的方法仍然和我们在处理动力学问题时一样,分析物体的受力和运动过程,根据牛顿定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律结合运动学公式求解.
练习:
1. 如图6所示,三个点电荷q1、q2和q3,固定在一直线上,q2与q3的距离为q1与q2距离的2倍,每个电荷所受静电力的合力均为零,由此可以判定,三个电荷的电量之比q1:q2:q3为()
(A)-9:4:-36 (B) 9:4:36
(C)-3:2:-6 (D) 3:2:6
2.(2001年全国高考试题)如图7所示,q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷,已知q1与q2之间的距离为l1,q2与q3之间的距离为l2,且每个电荷都处于平衡状态.
(1)如果q2为正电荷,则q1为______电荷,q3为______电荷.
(2) q1、q2和q3三者电荷量大小之比是______:______:______.
3. 真空中有两个固定的带正电的点电荷,其电量Q1>Q2,点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时,正好处于平衡,则()
(A) q一定是正电荷
(B) q一定是负电荷
(C) q离Q2比离Q1远
(D)q离Q2比离Q1近
4. 如图8所示,完全相同的两个金属小球A和B带等量异号电荷,中间连接着一根轻质绝缘弹簧,放在光滑绝缘水平面上,平衡时弹簧的压缩量为x0.现将不带电的、与A和B完全相同的金属球C与A球接触一下后拿走,重新平衡后弹簧的压缩量为x,则()
5. 三个质量相等的带电小球,置于光滑绝缘的水平桌面上的一个边长为L的正三角形的三个顶点上,如图9所示.已知a、b两球皆带正电且电荷量为q.现给c球一个恒定的拉力F,使三个球恰好在相对位置不变的情况下以相同的加速度一起做加速运动,问:
(1) c球应带什么性质的电,电荷量为多少?
(2)恒力F应为多大?
6. 三个质量相等的带电小球固定在光滑绝缘水平面上,若只释放A，则加速度大小为a,向左;若只释放B,则加速度大小为2a,向右;求若只释放C时加速度的大小和方向.
7. 一根放在水平面内的绝缘性很好的光滑玻璃管,内部有两个完全相同的弹性金属小球A和B,A、B两球所带电荷量分别为9Q、-Q.两球从如图10所示位置由静止释放,问A球再次经过图中位置时的瞬时加速度为释放时的几倍?
答案:
1.(A) 2.(1)负、负(2)3.(D) 4.(C)
5.c球应带负电,
库仑定律教案 第4篇
库仑定律不仅仅是电荷相互作用的基本定律，也是学习电场强度和电势差概念的基础。这也是本章的重点，要求学生不仅仅要定性地了解，还要定量地理解和应用。对于库仑定律，教材从学生已有的知识出发，采用定性实验，然后得出结论。库仑定律是研究电场强度和电势差概念的基础，也是本章的重点。展示库仑定律的资料和库仑发现这必须律的过程，并强调其条件和意义。
(2)学术条件分析：
两种电荷及其相互作用，电荷的概念，带电的知识，万有引力定律和卡文迪什扭转平衡实验都是学生们学的。本节的重点是做好定性实验，让学生清楚地了解实验探究的过程。
(三)教学目标：
1、知识和技能：
(1)经过定性实验探究和理论探究，了解库仑定律建立的过程。
(2)库仑定律的资料、公式和适用条件，掌握库仑定律。
2.过程和方法
(1)经过定性实验，培养学生观察和总结的本事，理解库仑扭转平衡实验。
(2)经过建立点电荷模型，实现了梦想化模型的方法。
3.情感态度和价值观
(1)培养与他人交流合作的本事，提高理论联系实际的意识。
(2)了解人类认识电荷之间相互作用的历史过程，培养学生对科学的好奇心，体验探索自然规律的艰辛和欢乐。
(4)教学重点和难点：
教学重点：库仑定律及其理解和应用
教学难点：库仑定律的实验探索
教学难点突破措施：定性实验探究与定量实验录像和理论探究相结合。
(5)教学工具：
多媒体课件、毛皮、橡胶棒、气球、玻璃棒、丝绸、易拉罐、泡沫球、铁架。
(6)教学过程：
引入新课程
演示实验：当橡胶棒和玻璃棒相互摩擦并靠近罐子时会发生什么?
(罐子被橡胶棒和玻璃棒吸引并滚动。既然电荷之间有相互作用，什么因素与电荷之间相互作用力的大小有关?
新课教学：
首先，经过实验探索电荷间作用力的决定因素
(a)定性实验调查：
探索1:影响电荷间相互作用力的因素
猜想：电荷之间的相互作用力可能与距离、电荷量、带电体形状等有关。
如何在实验中进行定性研究?
(1)你认为实验中应当采用什么方法来研究电荷间的相互作用力和可能的因素之间的关系?
学生：控制变量法。
(2)请阅读课本。如果你想比较这个力的大小，有什么方法能够直观地显示出来?学生：比较悬挂线的偏转角
组织学生根据现有设备设计可能的实验方案。
(3)你想选择什么实验设备?
球形导体、两个自制细线泡沫球、铁架、橡胶棒、毛皮和气球。
(4)实验前，想想：如何改变带电体的电荷。
(5)实验探究步骤：
引导学生了解实验的具体步骤：
两个泡沫球A和B都很薄，其中一个与一个摩擦带电的橡胶棒接触，然后球A与球B接触，细线偏离垂直方向一个角度。
坚持电量q不变，研究相互作用力f与距离R的关系.
逐渐将泡沫球b移离a，并观察偏转角。
坚持距离r不变，研究相互作用力f与电荷q之间的关系。
然后将橡胶棒与球A接触，增加球A的力量，观察偏转角;
(6)学生的实验和观察记录并得出结论：
先画出力图，如果B对A的力是水平的，那么F=1
(二)定量实验探索，结合物理学史，得出库仑定律：
提出这样一个问题：带电体之间的力与距离和电荷量之间的定量关系是什么?
根据我们的定性实验，电荷之间的力随着电荷的增加而增加，随着距离的增加而减小。这使我们模糊地怀疑电荷之间的力是否具有类似于重力的形式。
事实上，很久以前，一些学者也猜到了这一点。卡文迪什和普利斯特确信“平方反比”定律适用于电荷之间的力。然而，仅有一些定性实验不能证明这一结论。
库仑证实了这一推测。当库仑探索三者之间的定量关系时，当时的定量实验遇到了三大困难：
(1)带电体之间的力很小，没有精确的测量仪器;如何确定带电体间力的定量关系?
没有电的单位，也不可能比较电荷的数量;如何确定电荷的定量关系?
带电体上的电荷分布不清楚，难以测量电荷之间的距离。如何测量电荷之间的距离?
同学们，如果是你，你能想到什么方法来解决这些困难?
引导学生经过类比得出三个难点对策：
卡文迪什扭转试验——库仑扭转试验，
对称——等电荷法，
粒子——的点电荷
放大思维：力很小，但力的效果(扭曲悬丝)能够很明显。
(2)变换思想：力与悬丝的扭转角成正比，能够经过测量悬丝扭转角的倍数关系得到
得到力的多重关系
等分的概念：一个带Q的金属球与一个相同的不带电荷的金属球碰撞，每个球带Q2。同样，能够得到Q4、Q8、Q16等的倍数关系(电荷在两个相同的金属球之间均匀分布)。课件演示了两个相同的金属球之间电荷的均匀分布。
梦想化模型思想：将带电金属球作为点电荷(梦想化模型)，用标尺间接测量距离。
点电荷：当带电体之间的距离远大于它们自身的尺寸，从而能够忽略带电体的形状和电荷分布对它们之间作用力的影响时，这种带电体能够视为带电点，称为点电荷。这是一个梦想化的模型，事实上，点电荷并不存在。(与“粒子”比较)
接下来，引导学生观看库仑扭秤的实验视频和库仑当时的数据，并总结规律。(观看视频)。
在困难的条件下，库仑把万有引力定律和卡尔文的扭转平衡实验联系起来，并利用巧妙的库仑扭转平衡装置和方法发现了库仑定律。经过刚才的演示过程，让学生了解库仑探究的过程、思路和方法。你能用自我的语言总结这些规则吗?
电荷之间的相互作用力与电荷之间的距离成反比，与电荷和电的乘积成正比。
引言：库仑扭摆试验只能定量测量同一电荷之间的相互作用力，库仑扭摆试验也能够定量测量不一样电荷之间的相互作用力。让学生体验库仑定律的完美。
第二，库仑定律：
资料：真空中两点电荷之间的力与两个电荷的乘积成正比，与电荷之间距离的平方成反比;方向在他们的连接上。这个定律叫做库仑定律。
电荷之间的这种相互作用称为静电力或库伦力。
公式：
解释：华氏度?kQ1Q2r2
k为静电力常数，k=9.0109nm2C2，其大小由实验方法确定。单位由公式中的f、q和r的单位决定。当使用库仑定律时，每个物理量的单位必须是：f:n，q:c，r:m。
库仑定律的适用条件：真空中两点电荷的相互作用。
让学生回答实际带电体可视为点电荷的条件。
思考：当R趋向于0时，F趋向于无穷大吗?
(3)关于吸引或排斥的表达方法
F是Q1和Q2之间的相互作用力，Q1和Q2之间的作用力，Q2和Q1之间的作用力大小，是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反。
库伦力(静电力)与重力、弹性和摩擦力并列。
任何带电体都能够看作是由许多点电荷组成的。所以，已知带电体上的电荷分布，带电体间静电力的大小和方向就能够根据库仑定律和力合成定律计算出来。
3.库仑定律与重力定律的比较
例1:众所周知，氢核(质子)的质量m2为1.6710-27千克，电子的质量m1为9.110-31千克，电子和质子的电荷为1.6010-19C，氢原子中电子和质子之间的最短距离为5.310-11米。试比较氢原子中氢核和电子之间的库伦力和引力。(课件播放问题解决过程)
摘要：
(1)应用库仑定律时，能够直接用绝对值代替电气符号，最终确定方向;计算证明，万有引力远小于库伦力。将来研究微观带电粒子的相互作用力时，
重力通常能够忽略不计。
当讨论：来比较库仑定律和万有引力定律(异同)时，你有什么感受?如何理解自然规律的多样性和统一性?
两个或两个以上点电荷对某个点电荷施加的力等于每个点电荷单独对该电荷施加的力的矢量和。
例2真空中有三个点电荷，它们固定在边长为50厘米的等边三角形的三个顶点上。每个点电荷为210-6C，计算它们各自的库伦力。
摘要：选择研究对象，绘制应力图，用库仑定律和平行四边形法则求解。
整合练习：
两个相同的均匀带电球体，Q1=1，Q2=-2，彼此分开，仍然在真空中，相互作用的库仑力为f
(1)今日，Q1、Q2和r都加倍了，并且要求改变作用力。
(2)仅改变两个电荷的电学性质，作用力是什么?
(3)当R只增加两倍时，作用力是多少?
(4)在接触两个球之后，它们仍然被放回原位。作用力是什么?
(5)如果两个球接触后库伦力不变，如何放置它们?课堂总结：
你今日学到了什么?请学生总结本节资料。
作业：课本中的练习2和3。
(七)黑板设计：
第二节库仑定律
1.库仑定律
2.公式F
?kQ1Q2
r2
3.适用条件：真空中点电荷之间的相互作用
(1)点收费
库仑引力定律 第5篇
一、传统的库仑定律教学设计[1]
1. 简单复习
使物体带电的方法：摩擦起电、接触带电、感应起电。
2. 点电荷的模型
指带电体本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多。
3. 探究静电力
用一个固定摆放的带电导体小球A，用细线悬挂B, C两个相同的带电轻质导体小球，当轻质导体小球B, C与导体小球A靠近时，轻质导体小球的偏角越大，表明两电荷的静电力越大。
利用变量控制法：
(1）研究相互作用力F与距离r的关系
使A、B、C带同种电荷，且B、C的电荷量相等，观察B、C的偏角，思考r增大时，F的大小如何变化。
结论：r增大时，F变小。
(2）研究相互作用力F与电荷量的关系
保持A、B的距离r不变，观察B的偏角，思考当B球带的电荷量减小时，F的大小如何变化。
结论：B球带的电荷量减小时，F变小。
4. 库仑定律
在前人工作的基础上，法国物理学家库仑用实验研究了电荷之间的相互作用，总结出了如下规律，人们把这一规律称为库仑定律。
例：利用库仑定律计算氢原子中质子和电子之间的静电力，利用万有引力定律计算氢原子中质子和电子之间的静电力，比较静电力和万有引力的大小。
此教学设计存在如下问题：
1.具体从事物理教学的教师都知道高中物理实验中成功率最低的是静电实验，所以此实验不要说学生探究实验，就是教师演示实验成功率也不高，与天气和绝缘情况等因素有很大关系。
2.由于静电力很小，用导体小球做实验观察导体小球B的偏角是观察不到的，用通草球实验偏角明显，但通草球带的电荷量不易改变。
3.即使此探究实验能成功也只片面地得到r增大时，F变小。B球带的电荷量减小时，F变小的结论，没有形成一个完整逻辑思维链，就是应用精密仪器库仑扭秤，学生也将不可能找到探究库仑定律的科学方法。
4.没有再现库仑探究的逻辑思维过程和采用的科学方法，以及探究过程的难点和库仑的创新之处。
二、创设问题的库仑定律教学设计
1. 简单复习
使物体带电的方法：摩擦起电、接触带电、感应起电。
2. 点电荷的模型
指带电体本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多。
3. 探究静电力
问题一：静电力与我们过去学过的哪种力比较类似?
经过分组讨论比较后，由于弹力和摩擦力是接触力，在教师引导下学生很容易得到静电力与重力(万有引力)相似。
问题二：万有引力常数是采用什么精密仪器精确测量得到的?
学生经过分组讨论回忆后很容易得到：采用卡文迪许扭秤。
教师总结：库仑正是应用类比法模仿卡文迪许扭秤制成库仑扭秤来探究静电力的。
问题三：怎样利用库仑扭秤研究两个带电体(点电荷之间的)相互作用力F与距离r的关系?
学生经过分组讨论后很容易得到：采用变量控制法，保持两个带电体(点电荷)的电荷量不变，改变两个带电体(点电荷)之间的距离r进行实验。
教师总结：库仑正是应用变量控制法利用库仑扭秤通过精确实验得到，以上问题我们经过讨论就能找到解决的办法。库仑当初要得到上面的结论并不难，因为并没有多少创新，当时的一般学者都能想到。
由于当时人们对带电体所带电荷量多少的认识并不清楚，我们先来讨论物体所带电荷量的问题。
问题四：教师引导：我们利用使物体带电的哪一种方法能改变带电体的电荷量?
学生经过分组讨论后很容易得到，采用接触带电的方法可以改变带电体的电荷量。
问题五：教师引导：我们怎样才能得到两个电荷量相等的带电体?
学生经过分组讨论后一般得不到解决问题的方法。
教师总结：解决这一问题的方法正是库仑发现库仑定律的关键，它是通过前人已有的知识不可能得到的，这正是库仑的创新之处。如果我们不能得到两个电荷量相等的带电体，那么发现库仑定律的逻辑思维链将中断。在这里库仑作了一个科学合理的假设：如果让一个带电荷量为q的导体球与另一个不带电的相同导体球相互接触，分开后它们将平分原来带电的导体球所带的电荷量，两球所带的电荷量均为。
问题六：怎样验证库仑作的科学合理的假设是正确的?学生经过分组讨论后可能会得到解决问题的方法。
教师总结：利用等效替代法和变量控制法，将平分原来带电的导体球所带的电荷量为的两个带电的导体球分别放入库仑扭秤中，与带的电荷量为Q的电荷相互作用测其静电力，如果其静电力相等表明它们带的电荷量相同。
问题七：怎样利用库仑扭秤研究两个带电体(点电荷之间的)相互作用力F与两个带电体电荷量的关系?
学生经过分组讨论后容易得到解决问题的方法，利用变量控制法保持两个带电体之间的距离r不变，不断改变两个带电体的电荷量，测其静电力F。
教师总结：库仑正是应用变量控制法利用库仑扭秤通过精确实验得到F∝q1q2。
结论：库仑正是利用库仑扭秤通过精确实验得到
关于库仑定律的表达方式和电量的单位问题我们留在下节课讨论。
此教学设计达到了如下效果：
1.培养了学生思维能力和科学方法探究能力，使学生学习了科学方法探究常用的类比法，变量控制法，科学合理的假设法，等效替代法。
2.在不可能进行课堂探究实验的情况下，通过对七个创设问题的讨论充分调动了学生的积极性和能动性，增强了师生间的互动。
3.再现库仑探究的逻辑思维过程和采用的科学方法，以及探究过程的难点和库仑的创新之处。
4. 学习了当解决问题的逻辑思维链中断时，我们需要大胆地提出科学合理的假设，并且找到验证它的方法，这往往是解决问题过程中的创新之处。
三、两种库仑定律的教学设计比较
通过上面的两个教学设计，我们可以看出：传统的库仑定律教学设计，只是采用一个实际上很难完成的实验，在形式上片面探究静电力F与距离r及电荷量q的定性关系，它与发现库仑定律之间不产生内在的逻辑必然性，没有给学生提供一个完整的逻辑思维链，也没有启发学生的思维和学习科学的探究方法，不知道库仑发现库仑定律的难点在哪里，最终学生只是记住了结论及公式并进行相关计算。而创设问题的库仑定律教学设计，通过对七个创设问题的讨论有一个完整逻辑思维链环环相扣，再现库仑探究的逻辑思维过程和采用的科学方法，以及探究过程的难点和库仑的创新之处。对不可能在课堂上进行探究实验的物理规律，实现了以培养学生思维能力为核心，以提高学生探究能力为重点的目标。
参考文献