2019-2020学年高中物理第1章静电场第2节库仑定律课件 人教版选修3-1 42页

第 2 节　库仑定律 1 ． 静电力 静止 ________ 间的相互作用力叫做静电力，也叫库仑力． 2 ． 点电荷的特点 (1) 带电体间的距离比它们自身的大小 ____________. (2) 带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷间的 ____________ 的影响可以忽略． 课前教材预案 要点一　静电力与点电荷 点电荷 大得多 作用力 1 ． 内容 要点二　库仑定律 适用条件 真空中静止的 ____________ 库仑力大小 与两电荷量的 ___________ 成正比 与它们距离的 ___________ 成反比 库仑力方向 在它们的 ___________ 上，吸引或排斥 点电荷 乘积 平方 连线 2 ． 表达式 F ＝ __________ ， 式中 k 叫做静电力常量， k ＝ __________________. 9.0×10 9 N · m 2 /C 2 　 思考： 当真空中两个电荷间的距离 r →0 时，它们间的静电力 F →∞ 吗？ 如果存在两个以上的点电荷，两个电荷之间的作用力不受其他电荷的影响．其中每一个点电荷所受的总的静电力等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的 ____________. 要点三　叠加原理 矢量和 1 ．点电荷是物理模型：只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在． 课堂深度拓展 考点一　对点电荷的理解 2 ．带电体看成点电荷的条件：一个带电体能否看成点电荷，不能单凭其大小和形状确定，也不能完全由带电体的大小和带电体间的关系确定，关键是看带电体的形状和大小对所研究的问题有无影响，若没有影响，或影响可以忽略不计，则带电体就可以看成点电荷． 正确区分不同带电物体 点电荷 带电体 元电荷 理想化模型，没有大小、形状，只带有电荷量，当受到其他电荷的作用时不会引起电荷的分布变化，相互作用规律遵从库仑定律 有一定体积、形状，带有电荷的物体，如果受到其他电荷的作用时，一般会引起电荷在物体上的重新分布 是最小的电荷量，不是带电体，它就是 e ＝ 1.6 × 10 － 19 C 【例题 1 】 下列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 ．当两个带电体大小、形状等因素对它们相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷 D ．任何带电球体，都可看作电荷全部集中于球心的点电荷 思维导引： 一个带电体能否看作点电荷取决于其自身的几何形状、大小与带电体之间距离的比较，与带电体的大小无关． 答案 C 解析 带电体能否看作点电荷，主要看带电体的大小、形状等因素对所研究的问题是否可以忽略，如果能够忽略，则带电体可以看成是点电荷，否则就不能． 【变式 1 】 ( 多选 ) 下列关于点电荷的说法正确的是 ( 　　 ) 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 ．球形带电体都可以看作点电荷 解析 点电荷只是一种理想的物理模型，实际上并不存在，选项 A 、 B 正确；一个带电体能否被看作点电荷，与带电体的大小和形状无关，主要取决于带电体的形状和大小对所研究的问题有无影响，选项 C 、 D 错误． AB 　 1 ．适用条件：真空中两个静止的点电荷，在空气中的作用与真空中相差很小，因此在空气中也可使用此定律． 2 ．应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中算出力的大小，力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则另行判断即可． 考点二　对库仑定律的理解 3 ． 库仑定律同万有引力定律的比较 【例题 2 】 三个相同的金属小球 1 、 2 、 3 分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径．球 1 的带电荷量为 q ，球 2 的带电荷量为 nq ，球 3 不带电且离球 1 和球 2 很远，此时球 1 、 2 之间的作用力大小为 F . 现使球 3 先与球 2 接触，再与球 1 接触，然后将球 3 移至远处，此时球 1 、 2 之间的作用力大小仍为 F ，方向不变．由此可知 ( 　　 ) A ． n ＝ 3 　　 B ． n ＝ 4 C ． n ＝ 5 　　 D ． n ＝ 6 思维导引： 答案 D 【变式 2 】 ( 多选 ) 两个放在绝缘架上的相同金属球相距 r ，球的半径比 r 小得多，分别带 q 和 5 q 电性不确定的电荷量，相互作用的库仑力大小为 5 F . 现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回原处，则它们间的相互作用力大小可能变为 ( 　　 ) A ． 0 　　 B ． 4 F 　　 C ． 5 F 　　　 D ． 9 F BD 　 1 ． 注意事项 在用库仑定律计算相距较近的带电球体间的库仑力时，电荷之间的距离应该是电荷中心之间的距离，而不是两球球心之间的距离．电荷若是均匀分布，如均匀带电绝缘球、均匀带电塑料球，电荷中心刚好和球心重合，电荷之间的距离也等于球心之间的距离； 考点三　库仑定律的应用 若电荷分布不均匀，如带电金属球，电荷中心偏向于电荷分布较多的区域，电荷之间的距离也就不等于两球心之间的距离，可能大于 ( 如图甲所示 ) 或小于 ( 如图乙所示 ) 两球心之间的距离． 2 ． 库仑力作用下的平衡问题的分析方法 三个自由点电荷的平衡问题 (1) 条件：每个点电荷受到的两个库仑力大小相等，方向相反． (2) 规律：“三点共线” —— 三个点电荷分布在同一直线上； “两同夹异” —— 正负电荷相互间隔； “两大夹小” —— 中间电荷的电荷量最小； “近小远大” —— 中间电荷靠近电荷量较小的电荷． 求解带电体在库仑力作用下的平衡问题的方法 (1) 确定研究对象； (2) 进行受力分析； (3) 建立坐标系； (4) 列方程 F 合 ＝ 0 ，或 ∑ F x ＝ 0 ， ∑ F y ＝ 0 ； (5) 求解方程． 【例题 3 】 如图所示， q 1 、 q 2 、 q 3 分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知 q 1 与 q 2 之间的距离为 l 1 ， q 2 与 q 3 之间的距离为 l 2 ，且每个电荷都处于平衡状态． (1) 如果 q 2 为正电荷，则 q 1 为 ________ 电荷， q 3 为 ________ 电荷． (2) q 1 、 q 2 、 q 3 三者电荷量大小之比是 _______________ ． 思维导引： 受力分析 → 库仑定律和平衡条件 → 判断电荷电性和列平衡方程 → 求解． 解析 空间中三个点电荷，任意一个点电荷受另外两个点电荷的库仑力作用处于平衡状态，则这两个库仑力的矢量和为零． (1) 若 q 2 为正电荷，对 q 1 而言，要让其平衡， q 3 必为负电荷，对 q 2 ， q 1 和 q 3 必为同种电荷， q 1 与 q 3 都为负电荷． 【变式 3 】 如图所示，两个带有同种电荷的小球，用绝缘细线悬挂于 O 点，若 q 1 ＞ q 2 ， l 1 ＞ l 2 ，平衡时两球到过 O 点的竖直线的距离相等，则两小球的质量关系为 ( 　　 ) A ． m 1 ＞ m 2 　　 B ． m 1 ＝ m 2 C ． m 1 ＜ m 2 　　 D ．无法确定 B 　 (1) 对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的库仑力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和．库仑力的合成和分解仍满足力的平行四边形定则． 考点四　对静电力叠加原理的运用 (2) 任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法则，可以求出带电体间的静电力的大小和方向． 答案 B 　 【变式 4 】 如图所示，分别在 A 、 B 两点放置点电荷 Q 1 ＝＋ 2×10 － 14 C 和 Q 2 ＝－ 2×10 － 14 C ．在 AB 的垂直平分线上有一点 C ，且 AB ＝ AC ＝ BC ＝ 6×10 － 2 m ．如果有一电子被放置在 C 点处，它所受的库仑力的大小和方向如何？ ( 已知静电力常量 k ＝ 9.0×10 9 N · m 2 /C 2 ) 答案 8.0×10 － 21 N 　方向平行于 A 、 B 两点的连线向左 答案 8.0×10 － 21 N 　方向平行于 A 、 B 两点的连线向左 课末随堂演练 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 答案 D A 　 AC 　 4 ．如图所示，电荷量为 q 1 和 q 2 的两个点电荷分别位于 P 点和 Q 点．已知放在 P 、 Q 连线上某点 R 处的电荷 q 受力为零，且 PR ＝ 2 RQ . 则 ( 　　 ) A ． q 1 ＝ 2 q 2 　　 B ． q 1 ＝ 4 q 2 C ． q 1 ＝－ 2 q 2 　　 D ． q 1 ＝－ 4 q 2 B