探究电荷间的相互作用实验
高中物理电磁学实验大全
φ。金属小球带同种电荷后，横杆绕O转动θi角，动球处于B位置，静电力F1的力矩和悬
丝的扭转力矩平衡。
F1lcos(θ12+φ) = κθ1
(1)
两球中心的距
r1 = 2lsin(θ12+φ)
(2)
保持两个带电金属小球所带的电量不变，旋转仪器项部的旋钮，扭转悬丝从而改变
动球B的位置，例如，反向转动(图中的顺时针方向)旋钮，转过a角，使得动球转动的角
注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的，因而对同一个油滴，要在实 验中测出一组vg、vE的相应数据。
用上述方法对许多不同的油滴进行测量。结果表明，油滴所带的电量总是某一个最 小固定值的整数倍，这个最小电荷就是电子所带的电量e。
教师操作： (1)将仪器接入220伏交流电源。 (2)高压电源调节置于0位置，旋开油滴室盖子，把水准器放置在上极板面上，利用 调平螺钉将油滴室内的平行板电容器板面调节水平。调节显微镜目镜，使分划板刻线明 显清晰。再把直别针插入上板小孔中，调节光源角度，直到从显微镜中观察直别针周围 光场最明亮、范围最大和光强均匀为止，然后拨出直别针拧上盖子准备喷油。由于本步 骤要调节电容器极板，谨防极板带电。 (3)用喷雾器将油滴喷入油滴室内，从显微镜中观察油滴运动情况。 实验时先找一个合适的油滴(较小的油滴，运动较缓慢，所带电量小于5 个基本电量)，使它自由落下，然后再加上电场使它向上运动(上升太快 或太慢就适当调节电压)。这样在重力和电场力交替作用下，让油滴反复 上升、下落若干次，在整个视场内都可以看得很清楚，否则需要重新选 择。 (4)用停表作记录：记录油滴n次下落一定的距离L(显微镜分划板刻 线的距离)，所经历的总时间tg总，记录油滴n次上升同一距离L，所经历 的总时间tE总(两次记录必须是对同一油滴)，用油滴所通过的总距离nL分 别除以总时间tg总及tE总就得出vg和vE利用公式(4)算出油滴所带的电量q。
第2节 库仑定律
第2节库仑定律核心素养物理观念科学思维科学探究1.知道点电荷的概念。
2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件。
1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型。
2.进一步了解控制变量法在实验中的作用。
3.会用库仑定律进行有关的计算。
经历探究实验过程，得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系。
知识点一探究影响电荷间相互作用力的因素[观图助学]小明同学用图中的装置探究影响电荷间相互作用力的因素。
带电小球A、B之间的距离越近，摆角θ越大，这说明它们之间的库仑力越大。
1.实验原理：如图所示，小球B受Q的斥力，丝线偏离竖直方向。
F＝mg tan__θ，θ变大，F变大。
2.控制变量法探究某一物理量与其他两个物理量的关系时，应先控制一个量不变，来研究另外两个量之间的关系，然后再控制另一个量不变，研究其他两个量之间的关系，最后总结出要研究的各个量之间的关系，这种控制变量研究其他量关系的方法叫控制变量法。
3.实验现象(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越小。
(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越大。
4.实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。
[思考判断](1)电荷之间相互作用力的大小只决定于电荷量的大小。
(×)(2)两电荷的带电荷量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。
(√)知识点二库仑定律[观图助学]观察上图，说出同种电荷和异种电荷之间的作用力的特点，试猜想：电荷与电荷之间的作用力与哪些因素有关？满足什么规律呢？1.库仑力：电荷间的相互作用力，也叫作静电力。
2.点电荷：带电体间的距离比自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略时，可将带电体看作带电的点，即为点电荷。
3.库仑定律(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
物理：1.2库仑定律新人教版选修(3-1)
第1章 静电场
人 教 版 物 理
1 答案： ① F∝ 2 r 中的点电荷
② F∝ q1q2
q1q2 ③ F＝ k 2 ④真空 r
选修3-1
第二节
库仑定律
定性关系： 电荷量越大，距离越小， 电荷之间的作用力越大
定量关系？ r一定时， q一定时，
F q1q 2
1 F r
2 2 F q1 q2 1 F 2 r
4 答案： 7
点评：完全相同金属球接触时电荷分配原则： 同种电荷总电荷平分，异种电荷先中和，剩 余电荷再平分，同时注意电荷守恒定律与库 仑定律的结合．
变式1 (2011·福州中学高二期中 )已知真空 中两点电荷Q与q的作用力为F，现使它们的 带电荷量都增加为原来的 2 倍，并把它们之 间的距离缩小为原来的一半，则此时它们之 间的作用力为( ) A． F B．4F C． 8 F D．16F
一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的 （取决于自身的几何形状大小与带电体之间距离的比较），不 能单凭其大小和形状确定． 2．注意区分点电荷与元电荷
(1)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 电量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电量的整数 倍．
力分析时要分别分析． (2)库仑力和万有引力表达式的相似性，揭示了 大自然的和谐美和多样美．
三、库仑定律的应用
1．适用条件：真空中两个点电荷间的相互作用． 2．库仑力具有力的一切性质：物质性、矢量性、相互性等， 两点电荷间的库仑力是相互作用的，其大小相等，方向相反． 3．将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行． 即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电 性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中 从而算出力的大小； 力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以
静电力的实验测量
静电力的实验测量静电力是指由于电荷间的相互作用而产生的力。
在物理实验中，测量静电力的大小和性质是很重要的一项实验内容。
本文将介绍一种常用的实验方法来测量静电力，并探讨实验中可能遇到的问题和解决方法。
实验装置和材料在进行静电力的实验测量时，我们需要准备以下装置和材料：1. 一个静电平衡装置：它由一个细而轻的金属棒和一根细丝组成，丝的一端固定在支架上，另一端固定在金属棒上。
静电平衡装置可以通过测量细丝的偏转来确定静电力的大小。
2. 一个带电体：可以是一个金属球，或者一个金属板。
带电体的带电量可以通过计算机连接的电荷计来测量。
3. 精密电子天平：用于测量静电力对应的质量差。
它需要能够精确读取质量的变化。
实验步骤下面是进行静电力实验测量的步骤：1. 首先，调整静电平衡装置，使其水平并保持稳定。
这可以通过调整支架和金属棒的位置来实现。
2. 将带电体靠近静电平衡装置，观察细丝的偏转方向。
如果细丝向带电体偏转，说明带电体对细丝施加了静电力。
3. 测量细丝的偏转角度。
可以使用一个显微镜来测量细丝的偏转角度，或者使用一个角度计。
4. 根据细丝的偏转角度和静电平衡装置的特性，计算出带电体对细丝施加的静电力的大小。
5. 重复以上步骤，使用不同大小和带电量的带电体，以获取更多的实验数据。
实验注意事项在进行静电力的实验测量时，需要注意以下几点：1. 实验环境应保持干燥，尽量避免带电体受到湿气的干扰。
2. 静电平衡装置要保持稳定，防止干扰、震动或其他外力对实验结果的影响。
3. 实验数据的准确性要求高，所以需要使用精密的仪器来进行测量。
4. 实验过程中要注意安全，避免触碰带电体，避免产生静电火花。
5. 实验中可能会遇到一些误差，例如细丝的弹性变形、空气的阻力等，需要进行相应的修正和补偿。
实验结果分析通过静电力的实验测量，我们可以得到带电体对细丝施加的静电力的大小和性质。
根据实验数据，可以进一步分析静电力的特性和规律。
在实验中，如果带电体的带电量增加，细丝的偏转角度也会增加，说明静电力与带电量成正比。
1.2 库仑定律
2.关于点电荷的下列说法中正确的是（ ABD ） A.真正的点电荷是不存在的 B.点电荷是一种理想化模型 C.足够小的电荷就是点电荷 D.一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大 小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响 是否可以忽略不计
3．两个半径均为1cm的导体球，分别带＋Q和－3Q的电
量，两球心相距90cm，相互作用力大小为F，现将它们碰
一下后，放在两球心相距3cm处，则它们的相互作用力
大小变为 ( D )
A．3000F
B．1200F
C．900F
D．无法确定
练习1.(库仑力作用下的平衡)如图所示，悬挂在O点的
一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小
球A.在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球
解：氢核与电子所带的电荷量都是 1.61019c 氢核与电子之间的库仑力Ｆ库
电子和质子的库
F库 F引
2.3 1039
仑力远大于它们
间万有引力。研
F库
k
q1q2 r2
9.0 109
(1.61019 )2 (5.31011 )2
N
8.2108 N
究带电微粒间相 互作用时，经常 忽略万有引力.
库仑
氢核与电子之间的万有引力 F 引
B －2Q，在A左侧距A为L/2处
C －4Q，在B右侧距B为L处
D + 2Q，在A右侧距A为3L/2处
A
L
B
-4Q
+Q
由库仑定律得：
“两大夹小、两同夹异、近小远大” 解得：q=4Q 带负电
1．库仑定律的适用范围是（ CD ） A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个点电荷间的相互作用 D．真空中两个大小远小于它们之间的距离的带电体
小小改动 大大不同——电荷间相互作用规律实验改进
小小改动大大不同——电荷间相互作用规律实验改进作者：王碧桂来源：《赢未来》 2019年第5期王碧桂宁波国家高新区外国语学校，浙江宁波 315000摘要：随着社会的发展，教育对我们提出了新的要求，需要更新传统的教育教学观念，如变“要我学”为“我要学”。
科学教学离不开实验，而教材中的很多实验往往条件所限，不得不以演示实验为主，难以激发学生的兴趣，通常实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比，实验越贴近生活，越有趣味性，同时也越有效。
静电现象中对于电荷间相互作用的规律这个实验存在一定的难点，本文通过小小改进，突破了这个难点。
关键词：静电现象；电荷间作用规律；实验改进作者简介：王碧桂（1989.02-），女，汉族，浙江宁波人，二级教师，本科，研究方向：科学创新实验。
初中科学2011版课程标准指出，科学是以提高学生的科学素养为宗旨的综合课程，是一门以实验为基础的学科，观察和实验是科学探究的重要方法，教学中如果能充分利用实验教学资源，精心设计并组织实验，积极开展探究活动通过实验启发学生，由“观”生“趣”，由“趣”生“疑”，由“疑”生“思”，由“思”生“知”，对激发学生兴趣，培养学生自主探究的能力，提高科学素养有重要作用。
俗话说兴趣是最好的老师，利用丰富有趣的实验现象激发学生的兴趣和求知欲，但学生的兴趣并非产生了就能持续稳定，需要教师不断地用新奇的实验刺激并强化学习兴趣，从而使学生由浅层兴趣逐渐转化为深层兴趣。
1 原实验在华师大版初中科学教材《自然界的电现象》这节课中，对于探究电荷间相互作用的规律的实验，教材作如下设计：（1）将一根丝绸摩擦过的玻璃棒悬挂在铁架台上，使其静止，用另一根同样丝绸摩擦过的玻璃棒靠近，观察现象；（2）用同样的方式将毛皮摩擦过的橡胶棒相互靠近，观察现象，探究同种电荷间的作用规律；（3）将一根丝绸摩擦过的玻璃棒悬挂在铁架台上，使其静止，用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近，观察现象，探究异种电荷间的作用规律。
1.2库仑定律
(2)两电荷的带电量一定时,电荷间的距离越小,它们间
的静电力就越大。( ) )
(3)很小的带电体就是点电荷。(
提示：(1)×。电荷间的距离一定时,两电荷的带电量 越大,它们间的静电力才越大。
2 知,两电荷的带电量一定时,电荷间 (2)√。由F=k q1q 2
r
的距离越小,它们间的静电力就越大。 (3)×。点电荷是一种物理模型,是对实际带电体的抽
点电荷 真空中的_______
适用 条件
4.静电力的叠加原理： 不会 选填“会”或“不 (1)两个点电荷之间的作用力_____(
会”)因第三个点电荷的存在而有所改变。
(2)两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的作用力, 矢量和 。 等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的_______
【判一判】
(1)两电荷的带电量越大,它们间的静电力就越大。 ( )
(2)该题接触后的静电力为何会出现两种结果?
提示：若原来带有同种电荷,则接触后各带有原来小电
荷量的3倍;若原来带有异种电荷,则接触后各带有原来 小电荷量的2倍。
【正确解答】选B、D。若两电荷同性,设一个球的带电
5Q 2 量为Q,则另一个球的带电量为5Q,此时F=k 2 ,接触后 r
再分开,带电量各为3Q,则两球的库仑力大小F′=
3.库仑定律：
真空中两个静止点电荷之间的相互作用力, 成正比 与它们的 与它们的电荷量的乘积_______, 成反比 作用力的方向在 距离的二次方_______, 它们的连线上 _____________
内容
F= 表达式
k
q1q 2 r 2 ,k叫作静电力常量,
9.0×109 N·m2/C2 k=_________________
1.2 库仑定律——hm
研究本节课的科学方法：
将陌生 的对象 与熟悉 的对象 相类比
产生 问题
提出 猜想
推理 论证
得出 规律
3.两个半径相同的金属小球，带电量之 比为1∶7，相距为r，两者相互接触后再 放回原来的位置上，则相互作用力可能为 原来的
4.两个半径为R的带电球所带电荷量分别为+q1和 +q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大 小为（ ）
1.6 10 qq 9 8 F1 F1 k 2 9.0 10 8.2 10 N 11 2 r 5.3 10
19 2
F2
F1
+q + m2
3.6 1047 N
思考题
当带电球体的大小、形状不可以忽略时，是 否可以看做是集中在球心位置的点电荷？
我有办法！
库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆．库仑家 里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好的教育。著 有《电力定律》 、《电气与磁性》等书。不仅在力学 和电学上都做出了重大的贡献，做为一名工程师，他在 工程方面也作出过重要的贡献．
高中物理 选修3–1 第一章 静电场
第二节
库仑定律
库仑的实验
8：
两个分别用长是13cm的绝缘细线悬挂于同一点的相同 球形导体，带有同种等量电荷（可视为点电荷）。由于 静电斥力，它们之间的距离为10cm。已知每个球形导 体的质量是0.6g，求：他们所带的电荷量
q 5.310 C
8
T F
mg
9：
q1 , q2 , q3 如图所示， 分别表示在一条直线上的三个点电荷， 已知 q1 , q之间的距离为 ，q2 , q 之间的距离为 l1 l，且每 2 3 2 个电荷都处于平衡状态。 负 （1）如果 q2 为正电荷，则 q1为 负 电荷， q 为 荷。 3 q1 , q2 , q三者的大小之比是 （2） 3
1.2 探究电荷相互作用规律
工具
第1章 电荷的相互作用 章
栏目导引
工具
第1章 电荷的相互作用 章
栏目导引
电荷间相互作用力的大小跟什么有关
提出问题 电荷间相互作用力的大小跟什么因素有关 两电荷间距离 猜想与假 1.两电荷间距离 2.两电荷电荷量 两电荷电荷量 设 1.按课本 11图1－8装置，保持电荷量不变，改变 球的 按课本P 装置， 按课本 － 装置 保持电荷量不变，改变A球的 位置；位置不同，偏角不同，且距离越近，偏角越大， 位置；位置不同，偏角不同，且距离越近，偏角越大， 说明小球所受电力越大，即两球距离越小， 进行实验 说明小球所受电力越大，即两球距离越小，电荷间相 与收集证 互作用力越大 2.A球放在同一位置，增大或减小其所带电量．带电量 球放在同一位置， 据 球放在同一位置 增大或减小其所带电量． 越大，偏角越大，说明小球所受电力越大， 越大，偏角越大，说明小球所受电力越大，即带电量 越大， 越大，电荷间相互作用力越大 与电荷间相互作用力有关的因素： 与电荷间相互作用力有关的因素： 分析与结 1.两电荷间距离：距离越近，电荷间相互作用力越大 两电荷间距离： 两电荷间距离 距离越近， 论 2.两电荷电荷量：电荷量越大，电荷间相互作用力越大 两电荷电荷量： 两电荷电荷量 电荷量越大，
m2 Q2 A．F 引＝G 2 ，F 库＝k 2 ． l l m2 Q2 B．F 引≠G 2 ，F 库≠k 2 ． l l m2 Q2 C．F 引≠G 2 ，F 库＝k 2 ． l l m2 Q2 D．F 引＝G 2 ，F 库≠k 2 ． l l
工具
第1章 电荷的相互作用 章
)
栏目导引
解析】 均匀的导体带电球壳可以看成是质点， 【解析】 均匀的导体带电球壳可以看成是质点，但不 能看成是点电荷．由于 a、b 两球所带异种电荷相互吸引， 能看成是点电荷． 、 两球所带异种电荷相互吸引， 使它们各自的电荷分布不均匀， 即相互靠近的一侧电荷分布 使它们各自的电荷分布不均匀， 较密集， 较密集，又 l＝3r，不满足 l≫r 的要求，故不能将带电球壳 ＝ ， ≫ 的要求， Q2 看成点电荷，所以不能应用库仑定律， 看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故 F 库≠k 2 . l 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体， 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体， 点的物体 虽然不满 足 l≫r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看 ≫ ，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀， 做质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律， 做质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故 F m2 ＝G 2 . l
2 库仑定律
CD
）
A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个点电荷间的相互作用
D．真空中两个大小远小于它们之间的距离的带电体
间的相互作用
2.两个放在绝缘架上的相同金属球，相距d，球的半
径比d小得多，分别带q和3q的同种电荷，相互斥力 为3F，现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回 原处，则它们的相互斥力将变为（ D A ．0 B ．F C．3F ）
点电荷 当带电体间的距离比它们自身的大小大得多， 以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们 之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体 就可以看作带电的点，叫做点电荷。 解释：点电荷类似于力学中的质点，也是一种 理想化的模型。
二、库仑的实验
法国物理学家库仑利 用扭秤研究出了电荷间 相互作用力的大小跟电
F 4 F 7
即A、B间的库仑力变为原来的 4
7
例2.真空中有三个点电荷，它们固定在边长为50cm
的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷电量都是
2 106 C，求它们各自所受的库仑力。
解析： 由于每个点电荷的受力情况是相同的，所以只
要求出一个点电荷受到的力即可。 对q3受力分析，作出力的示意图 F3就是q3受到的库仑力的合力。
D．4F
3.光滑水平面上有A、B两个带电小球，A的质量是B的
质量的2倍，将两球由静止释放，初始A的加速度为a, 经过一段时间后，B的加速度也为a，速度大小为v， 此时，A的加速度为
a 2
.
4.两个相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距
为r,两者相互接触后在放回原来的位置上，则它们 间的库仑力可能为原来的（ C D A. C.
解：由于C在A、B间反复接触，故最终三个球的带 电量必相同。
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探究电荷间的相互作用实验
电荷是物质所具有的一种基本性质，其间的相互作用是物理学中重要的研究内容之一。
为了深入了解电荷间的相互作用规律，科学家们进行了一系列的实验研究。
本文将介绍几个经典的实验，以探究电荷间的相互作用。
实验一：电荷感应实验
在电荷感应实验中，我们将带电体A靠近一个无电荷的导体B，观察导体B上是否会出现电荷。
根据库仑定律，当带电体A靠近导体B时，导体B上的电子将受到A的电场力的作用，电子在导体内部重新分布，导致导体B上出现电荷。
如果带电体A为正电荷，则导体B的一侧将会带有负电荷，另一侧将会带有正电荷。
这种现象被称为电荷感应。
实验二：电荷间的斥力实验
在电荷间的斥力实验中，我们将两个相同电荷的带电体A和B放置在一定距离上，观察它们之间是否产生斥力。
根据库仑定律，同种电荷之间的相互作用力是斥力，即它们互相排斥。
通过测量斥力的大小和距离的关系，可以得到电荷间相互作用的定量规律。
实验三：电荷间的吸引实验
在电荷间的吸引实验中，我们将两个不同电荷的带电体A和B放置在一定距离上，观察它们之间是否产生吸引力。
根据库仑定律，异
种电荷之间的相互作用力是吸引力，即它们互相吸引。
通过测量吸引力的大小和距离的关系，可以得到电荷间相互作用的定量规律。
实验四：电场的测量实验
在电场的测量实验中，我们使用电荷探测仪测量带电体周围的电场强度。
根据库仑定律，电场强度与电荷量成正比，与距离的平方成反比。
通过测量不同位置的电场强度，可以绘制出电场线，并了解电荷间的相互作用规律。
实验五：电场力线的模拟实验
在电场力线的模拟实验中，我们可以使用带电粒子在电场中的运动轨迹来模拟电场力线。
通过将带电粒子放置在不同位置，观察其运动轨迹，可以形成一系列的力线，揭示电荷间的相互作用规律。
通过以上实验，我们可以深入了解电荷间的相互作用规律。
这些实验不仅帮助我们理解电荷的性质，还为电磁学和电动力学等领域的研究提供了基础。
未来的研究可以进一步探究电荷间的相互作用在微观尺度下的行为，推动科学的发展。