在物理学中，电荷之间的相互作用是一个基础而重要的研究内容。其中，库仑定律是描述两个静止点电荷之间力的大小和方向的基本规律。本课件将围绕“1-11.1 库仑定律”展开，帮助学生理解电荷之间的作用力及其数学表达形式。

一、电荷的基本概念

首先，我们需要明确电荷的定义。电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。自然界中存在两种类型的电荷，它们之间会产生吸引力或排斥力。根据实验观察，同性电荷相斥，异性电荷相吸。

二、库仑定律的提出

库仑定律由法国物理学家查尔斯·奥古斯丁·库仑（Charles-Augustin de Coulomb）在18世纪末提出。他通过扭秤实验验证了电荷之间的作用力与电荷量成正比，与距离的平方成反比。

三、库仑定律的数学表达式

库仑定律的数学形式为：

$$

F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}

$$

其中：

- $ F $ 表示两个点电荷之间的力；

- $ q_1 $ 和 $ q_2 $ 是两个点电荷的电量；

- $ r $ 是两点电荷之间的距离；

- $ k $ 是静电常数，其值为 $ 8.988 \times 10^9 \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2 $。

注意：该公式仅适用于真空中或空气中的点电荷。

四、力的方向

库仑力的方向取决于电荷的符号。如果两个电荷符号相同（如均为正或均为负），则力为排斥力；若符号不同，则为吸引力。

五、应用实例

为了更好地理解库仑定律，我们可以通过一些实际例子进行分析：

例题1：

两个点电荷，分别为 $ +3 \, \mu\text{C} $ 和 $ -5 \, \mu\text{C} $，相距 $ 2 \, \text{m} $。求它们之间的力。

解：

代入公式计算：

$$

F = 8.988 \times 10^9 \cdot \frac{(3 \times 10^{-6})(5 \times 10^{-6})}{2^2} = 33.7 \, \text{N}

$$

由于电荷符号不同，此力为吸引力。

六、库仑定律的局限性

尽管库仑定律在宏观尺度上非常准确，但在微观领域（如原子结构）中，需要结合量子力学来更精确地描述电荷间的相互作用。此外，库仑定律仅适用于静止电荷，对于运动电荷还需考虑磁场的影响。

七、总结

本课件介绍了库仑定律的基本内容，包括其历史背景、数学表达式、力的方向判断以及实际应用。通过学习，学生应能掌握电荷间相互作用的基本规律，并能够运用公式解决相关问题。

拓展思考：

你能否设想一下，在没有库仑定律的情况下，我们的日常生活会受到哪些影响？电荷之间的相互作用是否可能以其他方式表现出来？

参考资料：

- 《大学物理》教材

- 物理学史相关资料

- 相关实验视频与演示

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