第一章 静电场
1 1.2库仑定律
学习目标：1．通过实验探究影响电荷间相互作用力的因素，体验库仑定律的建立过程
2．会用类比的方法（如库仑定律类比万有引力定律，点电荷类比质点）进行比较学习
学习重点：理解库仑定律的内容、表达式，并能进行与力学知识相结合的有关计算
学习难点：知道点电荷是一种理想化模型，了解点电荷的概念，通过点电荷概念的建立过程，体会建立理想化模型的方法
一．自主学习
1．我们知道电荷之间有相互作用，那么两个点电荷之间的相互作用力怎样计算？请写出库仑定律的内容和表达式：
2．两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力怎么计算？
二．合作探究
思考1：在课本第5页的演示实验中，我们依据什么来判断小球所受作用力的大小情况？思考并回答实验中提出的问题。
思考2：联系以前学过的质点的概念，请说一下什么叫做点电荷？点电荷不是客观存在的某种小带电体，而是一种理想化模型。那么什么样的带电体才能被看作点电荷呢？
例1．下列关于点电荷的说法中，正确的是（ ）
A．只有体积很小的带电体，才能看作点电荷
B．体积很大的带电体一定不是点电荷
C．当两个带电体的形状对它们相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体可看作点电荷
D．任何带电球体，都可以看作电荷全部集中于球心的点电荷 2 思考3：是不是任何带电体之间都能用库仑定律来求出库仑力？为什么？有人说：“当0r时，根据公式221rFqqk可得到库仑力F”这种说法对吗？为什么？
例2．两个半径为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（ ）
A．221)3(FRqqk B．221)3(FRqqk C．221)3(FRqqk D．无法确定
思考4：我们在研究静电力的影响因素时联想到了万有引力，但库仑定律与万有引力并非完全一样，请比较它们的相同和不同之处。
例3．已知氢核（质子）的质量是kg101.67-27，电子的质量是kg109.1-31，在氢原子内它们之间的最短距离为m105.3-11。试比较氢原子中氢核与电子之间的库仑力和万有引力。
三个电荷在一条直线上的平衡规律
当我们说到电荷的平衡规律时，实际上就是在探讨这些电荷是如何相互影响的，以及怎样才能让它们保持稳定。你可能会问，怎么才能在三个电荷的情况下找到这种平衡点呢？别急，咱们一步步来分析。
1. 电荷的基本概念
1.1 什么是电荷？
简单来说，电荷就是物体上的一种物理属性。想象一下电荷就像是小小的磁铁，可以吸引或排斥其他的电荷。电荷有两种，正电荷和负电荷，正电荷就像阳光一样热情，而负电荷则像阴雨天一样“冷淡”。正负电荷会互相吸引，而同种电荷则会互相排斥。
1.2 电荷的相互作用
电荷间的相互作用可以用库仑定律来描述。库仑定律告诉我们两个电荷之间的作用力，与它们之间的距离和电荷量有关。距离越近，作用力越强；电荷量越大，作用力也越强。这个原理就像你在朋友之间传球一样，距离短传得快，距离长传得慢。
2. 三个电荷的平衡条件
2.1 电荷排列
当我们有三个电荷在一条直线上的时候，想要找到平衡点，首先得考虑它们的位置和电荷量。平衡点的关键在于每个电荷所受的总力要等于零。这个过程就像是你在找一个平衡木上的最佳位置，力的“合力”必须等于零，才能保持稳定。
2.2 平衡的公式
要做到这一点，我们得用到一些公式。对于三个电荷 A、B 和 C，假设它们分别位于 x1、x2 和 x3 位置上，电荷量分别为 qA、qB 和 qC。我们需要确保在每个电荷所在
的位置，总的电力是相互抵消的。换句话说，就是每个电荷的受力情况要达到平衡，合力为零。用公式表示就是 F总 = 0，其中 F 总是所有作用力的合力。
3. 实际应用与例子
3.1 实际应用
这种电荷平衡的概念在许多实际应用中都能见到。比如在电子设备中，我们需要保证电荷的分布稳定，以防设备出现故障。就像你在平衡一根长杆时，需要确保每边的重量都差不多，电荷的平衡同样关键。
3.2 生活中的例子
举个例子，想象一下你在玩一个游戏，游戏里有三个角色，他们分别是你的朋友、你的敌人和一个中立角色。如果你的朋友和敌人都施加了力量，这时你需要找到一个合适的平衡点，确保没有一方的力量压倒另一方。电荷的平衡规律其实就像这种游戏中的策略一样，得找到一个最佳的“游戏策略”。
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“电荷间相互作用”演示实验的探究和改进
作者：蒙利锋
来源：《中学教学参考·理科版》2013年第02期
对于初中八年级物理第一册第五章中“电荷间相互作用”的演示实验，多年来，许多同仁对该实验进行改进，并提出了实验中存在的问题，如悬挂的细线用多股还是单股或用多细的铜丝才能避免悬挂的带电体不停地转动。对此，笔者经过多年的研究，对该实验进行了重新设计和改进。
一、实验中发现的问题
教科书中的实验装置如图1所示，原实验是用细绳（细线）将带电体（玻璃棒或橡胶棒）悬挂起来。
图1实验中发现悬挂着的带电体不论是有风无风的情况下都是在水平方向不停地自由转动。等到反转过来时也不停地转动起来，这可能是细线的扭曲作用。我们先用单股棉线来做实验，结果还是一样，改用细铜丝实验发现效果稍好，但悬挂的带电体仍不停地水平转动。实验装置灵敏度很低，教师很难让学生观察到带电体是否已经被吸引或被排斥的明显现象，同时被悬挂的带电体被吸引或被排斥过程中，由于惯性也很难使它停止偏转，实验的可见度差，信服率低，严重时会使演示无法进行，增大了实验的操作难度。
二、解决实验存在的问题
图2针对上述实验发现的问题，我们将原来的悬挂法改为成等臂杠杆形式，把带电体放在支架的顶针轴上，如图2所示。由于支架与顶针轴之间存在着摩擦作用，就能解决了悬挂法中被悬挂的带电体不停自由转动和由于惯性不能停止转动的问题。
三、实验仪器制作与实验的改进
1.支架的制作
在废旧铝合金（规格宽度12～15mm）上割切长度为150mm的铝片两块，制成如图3所示的装置，并按图中的位置钻五个小孔，在A处用钢钉扎一个小坑，用横截面积6mm2的铝线芯把两块铝片铆在一起，再放在顶针轴（可用指南针支架）上调试使其在水平位置平衡。
图32.实验装置与演示
1 第二节 库仑定律
学习目标：
1．知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量．
2．会用库仑定律的公式进行有关的计算．
3．知道库仑扭秤的实验原理．
【课前预习】：
1.电荷间的相互作用力大小与两个因素有关：一是与 有关，二是与
有关。
2．当带电体之间的 比它们自身的大小大得多时，带电体的形状和体积对相互作用力的影响可以忽略不计，这时的带电体可以看作 。
3．库仑定律：真空中两个 间相互作用的静电力跟它们的
成正比，跟它们的 成反比，作用力的方向在 上。公式：F= ，式中k叫做 。如果公式中的各个物理量都采用国际单位，即电量的单位用 ，力的单位用 ，距离的单位用 ，则由实验得出k= 。使用上述公式时，电荷量Q1、Q2一般用绝对值代入计算。如果其它条件不变，让两点电荷在介质中，其作用力将比它们在真空中的作用力小。
4．库仑定律虽然只给出了点电荷之间的静电力公式，但是任一带电体都有可以看作是由许许多多点电荷组成的。只要知道了带电体上的电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成法则，就可以求出任意带电体之间的静电力。
5.
应用库仑定律时应注意的问题：首先应注意库仑定律的适用条件。公式221rqqkF仅适用于 中（空气中近似成立）的两个 间的相互作用。其次，应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行，即应用公式计算库仑力的大小时，不必将表示电荷q1、q2带电性质的 、
号代入公式中，只将其电量的绝对值代入，先计算出力的大小，再根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断库仑力的方向，这样可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，根据运算结果是正或负号来判定方向而带来的麻烦和可能出现的错误。
