‹ 回去

3.1 定律内容

电磁感应定律及电磁感应现象 · 高二
讲清楚它是什么

定义 在真空中,两个静止点电荷之间的相互作用力与电荷量乘积成正比,与距离平方成反比。

从哪来 本节为高二物理静电场起点,无前置知识点,直接基于初中“电荷间存在相互作用力”的定性认知展开。

为什么 库仑定律本质是平方反比定律。从物理图像看,点电荷发出的电场线呈球面辐射状,球面面积 $S=4\pi r^2$ 随距离平方增大,导致单位面积上的场强(即力)随 $r^2$ 减小。若距离加倍,作用面积变为4倍,力自然变为1/4。这解释了为何力与距离平方成反比,而非一次方。

类比法
适合形象思维强、抽象逻辑弱的学生。 将点电荷比作“发光灯泡”,电荷量是“亮度”,距离是“离灯远近”。亮度不变时,离灯越远,单位面积接收的光通量越少。光通量密度与距离平方成反比,电荷受力同理。强调“点电荷”是理想模型,就像“质点”一样,忽略大小形状,只关注电荷量。
实验推导法
适合逻辑推理强、喜欢探究的学生。 回顾库仑扭秤实验:固定一个电荷,改变另一个电荷的距离,测量扭转角度。数据表明 $F \propto 1/r^2$;再改变电荷量,发现 $F \propto q_1 q_2$。综合得 $F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}$。强调 $k$ 是比例系数,由单位制决定(SI制中 $k=9.0\times10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2$),不是任意常数。
矢量分解法
适合数学基础好、空间想象强的学生。 力是矢量,方向沿两电荷连线。若电荷 $q_1$ 在 $(0,0)$,$q_2$ 在 $(r,0)$,则 $\vec{F}_{12} = k \frac{q_1 q_2}{r^2} \hat{r}$。强调 $\hat{r}$ 是单位矢量,方向由 $q_1$ 指向 $q_2$(同号排斥,异号吸引)。此讲法为后续电场强度矢量叠加打基础,避免学生只记大小忽略方向。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
真空中两个点电荷 $q_1 = 2.0 \times 10^{-6} \, \text{C}$,$q_2 = -3.0 \times 10^{-6} \, \text{C}$,相距 $r = 0.3 \, \text{m}$。求它们之间的库仑力大小和方向。
变式
上述两电荷,若将 $q_1$ 移至 $(0.3, 0)$,$q_2$ 移至 $(0, 0.3)$,求 $q_2$ 所受库仑力的大小和方向(用角度表示)。
试试手自己判
检测题
真空中两个点电荷 $q_1 = 1.0 \times 10^{-8} \, \text{C}$,$q_2 = 4.0 \times 10^{-8} \, \text{C}$,相距 $r = 0.2 \, \text{m}$。若将 $q_1$ 移至 $r = 0.4 \, \text{m}$ 处,求新库仑力是原力的多少倍?
看答案和判分标准
答案:$1/4$ 倍。
判对标准:
学生能正确应用 $F \propto 1/r^2$,得出 $r$ 加倍则 $F$ 变为 $1/4$,无需计算具体数值。若给出具体数值且正确,也判对。
容易错在哪儿 ▾点开看
这一步没懂?写一句问老师 ›
内容由卡片自动生成 · 有不对的地方告诉老师
这张卡有问题?告诉老师 ›