电荷间的相互作用
电荷间相互作用规律
电荷间相互作用规律
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电荷间相互作用规律是基本物理学理论之一，一直是物理学家们研究的重点。
电荷间
相互作用是由电量间的作用关系构成的，它是一种电动力的变化和运动的物理现象，同时
也是静电力学的重要内容。
电荷间相互作用对宇宙中的绝大多数电离微粒和非电离微粒都具有很强的影响。
它存
在于宇宙中每一个微观物质（原子、分子、离子和极点）之间，它们具有相同性质、相异
介电力，且还可以产生集体行为和协同作用。
两个相同电荷之间受到的是斥力，其大小取决于电荷之间的距离，当电荷距离越近时，力越大，反之距离越远时，力就越小。
相反，当两个电荷性质不同时，它们之间的相互作
用就会产生吸力。
由于电荷性质的不同，它们之间的斥力或吸力可以表示为电力或电压大小，它们之间的相互作用力可以用电荷的单位折算出来，称之为电容。
电荷的绝对值很小，但由于它们在宇宙中的分布特征，当相互作用发生时，会产生电场，这种电场又可以把电荷之间分开，给它们增加自旋矩，使它们能够在局部区域内相互
自发运动，形成微粒结构以及更加复杂的集体行为。
物理学家发现，电荷间相互作用是由一系列基本规则组成的，即亚原子尺度上的力学
和电磁学定律，是由近似的费米子交换作用组成的。
其比较典型的表现形式是电动力之间
的相互作用，包括电力、电压、电磁场等。
它们之间的作用关系具有一定的可以预测性，
被称为电荷间相互作用规律。
1电荷间相互作用规律
第二节 探究静电力 【例题3】甲、乙、丙为三个完全相同的金属小球 其中只 例题3 丙为三个完全相同的金属小球, 有一个带电, 如果让甲球分别依次与乙球、丙球接触后,再 有一个带电 如果让甲球分别依次与乙球、丙球接触后 再 把甲、丙球放在相距 处 它们的库仑力为F； 把甲、丙球放在相距R处, 它们的库仑力为 ；若让丙球分 别依次跟乙球、甲球接触后 再把甲、丙球放在相距R处 别依次跟乙球、甲球接触后, 再把甲、丙球放在相距 处, 它 们间的库仑力为4F, 则可知原来带电的球是： 则可知原来带电的球是： 们间的库仑力为 A.甲球 甲球 【答案】A 答案】 B.乙球 乙球 C.丙球 丙球 D.无法判断 无法判断
真空中的库仑定律
• 1.内容 真空中的两个点电荷间的作 内容:真空中的两个点电荷间的作 内容 用力跟它们的电量的乘积成正比,跟 用力跟它们的电量的乘积成正比 跟 它们之间的距离的平方成反比,作用 它们之间的距离的平方成反比 作用 力的方向在它们的连线上. 力的方向在它们的连线上 F=KQ1Q2/r2 • 2.公式 公式: . 公式 • 3.理解 只适合用于真空中点电荷 理解:只适合用于真空中点电荷 理解 只适合用于真空中点电荷. 求出的静电力是相互作用力. 求出的静电力是相互作用力 计算时先代入电量的绝对值, 计算时先代入电量的绝对值 然后再根据电性来判断是引力还是 斥力. 斥力
3 答案】 AB同性 斥力。 同性， 【答案】①若AB同性，斥力。 F 8 AB异性 引力。 异性， ②若AB异性，引力。 1 F
8
例：氢原子由一个质子和一个电子组成。根据经典 模型，电子绕核做圆周运动，轨道半径让是 5.3×10-11m。已知质子的质量mp为1.7 ×10-27kg，电 子的质量me为9.1 ×10-31kg，万有引力常量G为 6.7 ×10-11N.m2/kg2。求：
描述电荷之间相互作用的定律
描述电荷之间相互作用的定律
电荷间的相互作用规律是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
摩擦过的物体有了吸引物体的轻小物体的性质，我们就说物体带了电。
轻小物体指：碎纸屑、头发、通草球、灰尘、
轻质球等。
使物体带电的方法：
1、接触带电：物体和带电体接触带了电。
如带电体与验
电器金属球接触使之带电。
2、感应带电：由于带电体的作用，使带电体附近的物体
带电。
正电荷：规定用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电叫正电荷。
实质是物质中的原子失去了电子。
负电荷：规定用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电叫负电荷。
实质是物质中的原子得到了多余的电子。
电场力的受力分析：电荷之间的相互作用是通过电场发生的，只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场。
电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力就叫做电场力。
电场力是当电荷置于电场中所受到的作用力或是在电场中为移动自由电荷所施加的作用力。
其大小可由库仑定律得出，当有多个电荷同时作用时，其大小及方向遵循矢量运算规则。
方向：正电荷沿电场线的切线方向，负电荷沿电场线的切线方向的反方向。
计算：电场力的计算公式是F等于qE，其中q为点电荷的带电量，E为场强。
电荷间的相互作用规律
电荷间的相互作用规律
库伦力是指两个电荷之间的静电相互作用力。
根据库伦定律，两个电
荷之间的库伦力与它们的电量大小成正比，与它们之间的距离平方成反比。
具体表达式为F=k*q1*q2/r^2，其中F表示两个电荷之间的力，k是一个
常数，q1和q2分别是两个电荷的电量，r是两个电荷之间的距离。
根据
库伦定律，同种电荷之间的相互作用力为斥力，异种电荷之间的相互作用
力为引力。
在空间中存在电场，电荷在电场中会受到电场力的作用。
电场力是指
电荷在电场中感受到的力。
根据库伦定律，电场力与电荷的电量大小成正比，与电场强度成正比。
具体表达式为F=q*E，其中F表示电荷在电场中
受到的力，q是电荷的电量，E是电场的强度。
1.库伦力是电荷间的相互作用力，与电荷的电量大小成正比，与电荷
间距离的平方成反比。
同种电荷之间的相互作用力为斥力，异种电荷之间
的相互作用力为引力。
2.电场力是电荷在电场中受到的力，与电荷的电量大小成正比，与电
场强度成正比。
3.电荷间的相互作用力是一个矢量，具有方向性。
同种电荷之间的相
互作用力的方向是两个电荷连线的方向，异种电荷之间的相互作用力的方
向是从正电荷指向负电荷。
4.如果在空间中存在多个电荷，它们之间的相互作用力可以通过叠加
原理来计算。
即每个电荷受到的作用力等于其他每个电荷对它的作用力的
矢量和。
除了库伦力和电场力之外，电荷间还存在其他相互作用规律，如磁场力、引力等。
这些相互作用规律在不同的物理问题中发挥着重要作用，进一步丰富了我们对电荷间相互作用的认识。
电荷间的相互作用
电荷间的相互作用
自然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷。
它们的相互作用是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电荷，为物体或构成物体的质点所带的具有正电或负电的粒子，带正电的粒子叫正电荷（表示符号为“+”），带负电的粒子叫负电荷（表示符号为“﹣”）。
在电磁学里，电荷是物质的一种物理性质。
称带有电荷的物质为“带电物质”。
两个带电物质之间会互相施加作用力于对方，也会感受到对方施加的作用力，所涉及的作用力遵守库仑定律。
电荷分为两种，“正电荷”与“负电荷”。
带有正电荷的物质称为“带正电”；带有负电荷的物质称为“带负电”。
假若两个物质都带有正电或都带有负电，则称这两个物质“同电性”，否则称这两个物质“异电性”。
两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力；两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。
同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。
称带有电荷的粒子为“带电粒子”。
电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。
静止的带电粒子会产生电场，移动中的带电粒子会产生电磁场，带电粒子也会被电磁场所影响。
一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁相互作用。
这是四种基本相互作用中的一种。
电荷间的相互作用
电荷间的相互作用电荷间的相互作用是指两个或多个带电体之间的相互作用力。
这种相互作用力是由于电荷的存在而产生的，它是电磁相互作用力的一种表现。
电荷间的相互作用具有引力和斥力两种情况，其大小与电荷的大小和距离有关。
本文将对电荷间的相互作用进行详细介绍。
首先，根据库仑定律，两个电荷间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比，与电荷的大小成正比。
具体而言，当两个电荷之间的距离趋近于无限大时，它们之间的相互作用力趋近于零；当它们之间的距离趋近于零时，相互作用力趋近于无穷大。
其次，根据电荷的性质，相同电荷之间的相互作用力为斥力，不同电荷之间的相互作用力为引力。
斥力使同种电荷的物体相互排斥，引力使不同电荷的物体相互吸引。
在研究电荷间的相互作用时，有一个重要的概念是电场。
电场是由电荷产生的一个区域，在这个区域内，电荷会受到电场力的作用。
电场力是电荷在电场中受到的力，它是由电荷对周围空间的影响所产生的。
电荷间的相互作用可以通过电场力来描述。
当一个电荷放置在电场中时，它将受到电场力的作用。
电场力的大小与电荷的大小成正比，与电场的强度成正比。
电场的强度是由电荷造成的电场所带来的单位面积上的力，它与电荷在单位面积上的分布有关。
对于一对电荷，其相互作用可以通过它们产生的电场相互作用来描述。
当一个电荷放置在另一个电荷的电场中时，它将受到电场力的作用。
这个电场力可以通过库仑定律来计算。
库仑定律给出了两个点电荷之间的相互作用力与它们之间的距离和电荷大小的关系。
除了库仑定律之外，还有其他一些用来描述电荷间相互作用的定律和规律。
例如，静电感应是指当一个带电体靠近一个不带电体时，它会使不带电体上的电荷发生移动，从而使不带电体也带上一定的电荷。
这是电荷间相互作用的一种表现。
此外，电荷间相互作用还涉及到电磁波的产生与传播。
当电荷发生加速运动时，它会产生电磁辐射，这是电荷间相互作用的一种形式。
这种辐射以电磁波的形式传播，包括了可见光、无线电波、X射线和γ射线等。
电荷间的相互作用
一、电荷间的相互作用1.用绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷是正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是负电荷．电荷之间有相互作用，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引．2.物体所带电荷的多少叫做电荷量，单位是C，库，1uC=10-6C3.点电荷：如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看成带有电荷的点，是点电荷．点电荷是一种理想化的模型．4.库仑定律法国物理学家库仑（1736～1806），用精确的实验研究了静止的点电荷间的相互作用力，于1785年发现了后来用他的名字命名的定律．实验：1.增大丝线下端带电小球的电量，在同一个位置，小球受到的电力也增大．所以，电荷之间的作用力随着电量的增大而增大．2.小球受到电力的大小，可以通过丝线对竖直方向的偏角大小显示出来．实验表明，带电小球在P1、P2、P3各点受到的电力依次减小．所以，电荷之间的作用力随着距离的增大而减小．结论：库仑实验的结果是：在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上．这就是库仑定律．电荷间的这种作用力叫做静电力，又叫做库仑力．如果用Q1、Q2表示两个点电荷的电量，用r表示它们间的距离，用F表示它们间的静电力，库仑定律就可以写成下面的公式：式中k是比例常量，叫做静电力常量．在国际单位制中，电量的单位就是我们在初中学过的库仑，简称库，符号是C．如果上面公式中的物理量都用国际单位制的单位，即力的单位用牛，距离的单位用米，电量的单位用库，由实验得出k=9.0×109N·m2/C2．元电荷我们知道，电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们的电量的绝对值相等．一个电子的电量e=-1.60×10-19C．所有的实验还指出，任何带电的粒子，所带电量或者等于电子或质子的电量，或者是它们的电量的整数倍①．因此，人们自① 60年代以来，在高能物理的研究中提出了一个设想，认为质子、中子等粒子是由更基本的层子（或夸克）组成的，层子所带电量是元电荷的1/3或2/3．但是，人们一直还没有在实验中观察到层子．然地把1.60×10-19库叫做元电荷．科学家在研究原子、原子核以及基本粒子中，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位．例题：在真空中有两个相距0.3m的点电荷，带的电量分别是+1×10-8C和-2×10-8C．求两个电荷间的静电力．在题目中，用“+”“-”号来表示电荷的正负．但是在应用库仑定律求电荷间的相互作用力的大小时，只用它们的绝对值进行计算就可以了．由于两个电荷是异种的，所以它们间的静电力是引力．。
电荷间的相互作用
考向5：利用对称思想求解非点电荷之间的库仑力
如图所示，一个半径为R的绝缘球壳上均匀带有+Q的电荷， 另一个电荷量为+q的电荷放在球心O上，由于对称性，点电 荷受力为0．现在球壳上挖去半径为r（r≪R）的一个小圆孔S， 则此时置于球心的点电荷所受的力的大小为______（已知静 电力恒量为k），方向______． 因为电荷均匀分布，所以可知小圆孔带电量为
1.2、 探究电荷相互作用规律
一. 电荷之间的相互作用力
定性研究
猜 想: 与带电体的电量有关
与带电体之间的距离有关 与带电体自身的大小及形状有关 与带电体所处的空间物质即介质有关
定性实验:
控制变量法
影响电荷相互作用的因素
实验表明：电荷之间的作用力
（1）随电荷量的增大而增大
（2）随距离的增大而减少
Qq F k 2 r
静电力常量k = 9.0×109N· m2/C2 适用条件：真空中，点电荷——理想化模型
课堂练习
考向1：对点电荷的考查 【例1】下面关于点电荷的说法正确的是（ ）
A.只有体积很小的带电体才能看成是点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，
实验表明：（1）随电荷量的增大而增大 （ 2）随距离的增大而减少
定量研究
三大困难： 1.这种作用力非常小，没有足够精密的测量器具。 2.连电量的单位都没有，当然就无法比较电荷的多少了。 3.带电体上电荷的分布不清楚，难以确定相互作用的电荷 之间的距离。 三大困难的对策 卡文地许扭称实验——库仑扭称实验 对称性——等分电荷法 质点——点电荷
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第一节电荷间的相互作用
一、素质教育目标
（一）知识教学点
1知道在什么情况下带电体可看成是点电荷
2•了解电荷的相互作用，并能应用库仑定律解决一些简单的实际问题
3•知道元电荷是实验得出的最小电量，元电荷e=1.60 x 10-19 C
（二）能力训练点
由实际问题进行简化抽象建立物理模型的能力，控制变量的科学研究方法。
（三）德育渗透点
介绍元电荷时适当扩展，渗透物质无限可分的辩证唯物主义观点
二、重点、难点、疑点及解决办法
1 •重点
库仑定律库仑力
2. 难点
库仑定律的定性演示
3. 疑点
静电力常量K的数值的确定
4. 解决办法
讲清库仑定律及适用条件，说明库仑力符合力的特征，遵守牛顿第三定律，说清K的单位由公式中各量单位确定，其数值则由实验确定。
为定性演示库仑定律，应使带电小球表面光滑，防止尖端放电，支架应选绝缘性能好的，空气要干燥（采用红外线灯照射空气）。
三、课时安排
1课时
四、教具准备
玻璃棒，丝绸，系有丝线的包有铝箔的泡沫塑料小球，红外线灯，库仑扭秤模型或挂图。
五、学生活动设计
本课学生活动主要集中体现在两处：
1学生观察演示实验定性分析，两带电体间的作用力大小与距离及带电体的带电量有关。
2•应用库仑定律解决简单实际问题的练习。
六、教学步骤
（一）明确目标
经过本课的讲授使学生知道点电荷、元电荷、库仑力的概念，理解库仑定律及其适用的条件，并能解决一些简单的实际问题；培养学生对实际复杂问题进行简化、抽象的思维能
力及如何建立物理模型，渗透物质可分的思想，适当介绍粒子研究的物理学进展。
（二）整体感知
库仑定律是本课的核心，是静电学中的重要知识，它既是电荷间相互作用的基本规律，又是学习电场强度的基础，也是今后学习氢原子结构模型的依据。
（三）重点、难点的学习与目标完成过程
1创设情景
［提问］用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近包有铝箔的小球，会发生什么情况？让学生猜想，并要求说明理由。
2 •实验探索
演示1 演示上述提问内容，结果先吸引，而铝箔与带电玻璃棒接触后再排斥。
这是由于两者接触后带有同种电荷的带电体间发生相互排斥作用的缘故。
［引导］同种电荷相互排斥，异种电荷互相吸弓I。
那么电荷间相互作用力的大小跟什么有关呢？
演示2 让带电玻璃棒在不同距离上靠近悬挂的带电小球，观察小球悬线偏离竖直方向的角度不同的情况（课本图1-1 ）
这说明了什么?
启发学生回答，说明电荷之间作用力随着距离的增大而减少。
为什么?
启发学生分析小球的受力情况，当小球平衡时
玻璃棒距小球越远，偏角 a 越小，表示电荷间作用力越小。
演示3 固定玻璃棒位置，增加悬挂小球带电量，观察偏角 a
增大的现象 说明了什
么？ 启发学生回答，说明电荷间的作用力随着电量的增大而增大。
3. 教师归纳
出示扭秤模型或挂图，简述库仑利用扭秤研究点电荷间相互作用力的大小与电量和距 离的关系及控制变量科学研究方法。
介绍库仑的实验结论一一库仑定律(用幻灯片投影显示)
在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方 成反比，作用力的方向在它们的连线上。
用公式表示为F=K 年 r
同时应指出
(1)
关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的 大小
跟它们之间的距离相比可以忽略， 带电体就可以看作是点电荷。
严格意义上 的点电荷只是一个理想化的物理模型， 实际上是不存在的，类同于质点概念。
库 仑定律适用于真空中的点电荷。
(2)
静电力同样有力的共性，遵守牛顿第三定律。
电量不同的两个点电荷 相互
作用时，所受的静电力也相等。
(3) 库仑定律公式中的恒量 K 是个重要的物理常数
后它所受的电荷间的作用力 F=mgtga （如右图）
K的单位只能由公式中的其它几个量的单位来确定，而它的数值也要由实验来确定，并依据计算精度的需要确定数值的有效数字位数( K的精确值是
8. 98755179X 109Nm/C2,计算中可取K=9.0 X 109Nm/C2)。
其物理意义为K在数值上等于两个带有单位电量的点电荷在真空中相距单位距离时的库仑力。
Q仁Q=1C r=1m 时，F=9.0X 109N,与人(约50kg)体重(500N)相比较, 体会K 值是一个很大的值。
这种情况不同于牛顿第二定律规定力的单位，公式中的比例恒量可取作1,可让学生在对比中了解比例关系的公式中为什么有的比例恒量是1,有的却不是1.
(4)元电荷e=1.6 X 10-19 C
经实验测得，任何带电体所带电量都等于一个电子或一个质子所带电量的整数倍，有时也用元电荷作为电量单位。
4. 应用分析
(1)阅读课本第4页的例题
应用库仑定律计算时，可用所带电量的绝对值进行计算，然后根据电性判断是引力还是斥力。
(2)讨论下述情况，静电力如何变化
a. 电量不变，距离增大为原来两倍
b. 距离不变，其中一个电量增大为原来2倍
c. 若两个电荷的电量都增大为原来的2倍，距离也增大为原来两倍
(3)碳原子核，带电量为9.6 X10-19c,碳原子核中有几个质子？ ( 6个)
(4)两个相同的小球，带电后互相接触，如果它们平衡时悬线间夹角为60°, 悬线长度I (如图)，小球质量为m小球可看作点电荷，则它们所带电量为多少？
让学生计算出
（四）总结、扩展
库仑定律、公式及适用条件
点电荷的概念
K值的物理意义
七、布置作业课本P5练习
一（4）
P21 习题（2）（3）
八、板书设计
第一章电场
第一节电荷间相互作用1.库仑定律（投影）
mg* tg30°
*1
适用条件真空中点电荷（1）点电荷
（2）K的物理意义
(3) 元电荷e=1.6 X 10-19 C。