2013版高中物理选修3-1 第一章 静电场 1-2

第1页第一章静电场返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1第二节库仑定律教材知识梳理教材拓展提升典例分析课后跟踪演练考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-11.知道点电荷的概念，了解理想化模型，体会理想化方法在科学研究中的作用．2．理解库仑定律的内容及公式，明确库仑定律的适用条件，并能应用库仑定律进行定量计算．3．了解库仑扭秤实验，知道静电力常量．4．对比静电力和万有引力，体会自然规律的多样性和统一性.课标解读考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1教材知识梳理考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1知识点一库仑定律1．探究影响电荷间相互作用力的因素．(1)实验原理：利用偏角大小形象表示力的大小，如图所示．F＝mgtanθ，θ变大，F变大；θ变小，F变小．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1(2)实验方法：控制变量法．①探究电荷间作用力与距离之间的关系．将电荷P先后挂在图中P1、P2、P3三个不同位置，观察丝线与竖直方向的夹角，比较小球受到作用力的大小．②使小球P处于同一位置，增大或减小小球所带电荷量，观察丝线与竖直方向的夹角，比较小球所受作用力的大小．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1③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．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-12．点电荷．当实际带电体的大小远小于它们之间的距离，以致带电体的形状、大小及电荷分布情况对它们之间作用力的影响可以忽略时，可近似看做点电荷，它是一种理想化模型．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-13．库仑定律．内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．说明库仑定律的适用条件是真空中的点电荷．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1知识点二库仑的实验1．库仑的实验．实验装置：库仑扭抨(如图所示)．实验原理：通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1实验技巧：(1)将微小量放大．(2)电荷量的确定：库仑运用把一个带电小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半的方法，把带电小球的电荷量q分为q2，q4，q8…巧妙地解决了当时小球带电荷量不能测量的问题．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1实验方法：控制变量法、微量放大法．实验过程与结果：(1)保持两球的电荷量不变，改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可以找到力F与距离r的关系，结果是力F与距离r的二次方成反比，即F∝1r2.考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1(2)保持两带电小球之间的距离不变，改变小球的电荷量q1和q2，记录每次悬丝扭转的角度，便可找到力F与电荷量q的关系，结论是力F与q1和q2的乘积成正比，即F∝q1q2.考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-12．库仑定律的公式．(1)公式：F＝kq1q2r2.(2)单位：在国际单位制中，电荷量的单位是库仑(C)，力的单位是牛顿(N)，距离的单位是米(m)．(3)k＝9.0×109N·m2/C2叫做静电力常量，其意义是两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用的力是9.0×109N.考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1教材拓展提升考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1一、点电荷1．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-12．条件：如果带电体之间的距离比它们的自身大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样的处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，因此物理学上经常用到此法．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-13．一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状．如一个半径10cm的带电圆盘，如果考虑它和10m处某个电子的作用力，就完全可以把圆盘看做点电荷；而如果这个电子离圆盘1mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1二、库仑定律1．内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线．2．公式：库仑力(静电力)的大小F＝kQ1Q2r2，其中，静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2.考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-13．方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸．4．适用范围：适用于真空中两个点电荷间的相互作用，对于不能看成点电荷的带电体不能直接应用库仑定律求解，但我们可以用一组点电荷来代替实际的带电体，从而完成问题的求解．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1当两个电荷均静止或只有其中一个电荷运动时，库仑定律适用，或两点电荷运动速度不大的情况下，库仑定律也是适用的．如果两电荷运动速度较大，库仑定律就不再适用，所以我们说库仑力为静电力．5．当多个带电体同时存在时，每一个带电体间的库仑力仍遵守库仑定律，某一带电体同时受到多个库仑力作用时，可以利用矢量求和的方法求出合力．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-16．库仑定律表明，库仑力与距离是平方反比关系，这与万有引力十分相似，虽然目前尚不清楚两者是否存在内在联系，但利用这一相似性，借助于类比方法，人们完成了许多问题的求解．7．应用库仑定律解题应注意的问题．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1(1)在理解库仑定律时，有人根据公式F＝kQ1Q2r2，设想当r→0时得出F→∞的结论，从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的，错误的原因是：当r→0时两个电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r＝0的情况，也就是当r→0时不能用库仑定律计算两点电荷间的相互作用力．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1(2)可将计算库仑力大小和判断方向两者分别进行，即用公式计算库仑力大小时，不必将表示Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式，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，异种电荷互相吸引加以判断，也可将Q1、Q2带符号运算，F为“＋”表示斥力，F为“－”表示引力．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1三、库仑定律的应用1．在同一条直线上三个自由点电荷只受库仑力的平衡规律．例a、b两个点电荷，相距40cm，电荷量分别为q1和q2，且q1＝9q2，都是正电荷；现引入点电荷c，这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态．试问：点电荷c的性质是什么，电荷量多大？它放在什么地方？考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1分析：点电荷c应为负电荷，否则三个正电荷相互排斥，永远不可能平衡．由于每一个电荷都受另外两个电荷的作用，三个点电荷只有处在同一条直线上，且c在a、b之间才有可能都平衡．设c与a相距x，则c、b相距(0.4－x)，如果点电荷c的电荷量为q3，根据二力平衡原理可列平衡方程考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1a平衡kq1q20.42＝kq1q3x2；b平衡kq1q20.42＝kq2q30.4－x2；c平衡kq1q3x2＝kq2q30.4－x2.显见，上述三个方程实际上只有两个是独立的，解这些方程，可得有意义的解考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1x＝30cm(c在a、b连线上，与a相距30cm，与b相距10cm)．q3＝916q2＝116q1，即q1:q2:q3＝1:19:116(q1、q2为正电荷，q3为负电荷)．总结：要三个点电荷受库仑力平衡，则三个点电荷一定在一条直线上，且同种电荷在两边，中间为异种电荷，中间电荷电量最小，旁边与中间的距离近，电量应小，距离远电量应大，可简单记为“同夹异、大夹小，近小远大”．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-12．库仑定律与力学综合．库仑定律给出了两个点电荷作用力的大小及方向，库仑力毕竟也是一种力，同样遵从力的合成与分解的法则，遵从牛顿定律等力学基本规律．动能定理，共点力平衡等力学知识和方法，在本章一样适用，这就是电学问题、力学方法．考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1典例分析考源教学资源网页第一章·第二节返回导航名师一号·高中同步学习方略·新课标版·物理·选修3-1一、对点电荷的理解例1下面关于点电荷的说法中正确的是()A．只有很小的带电体才能看成点电荷B．体积很大的带电体一定不能看成点电荷C．当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷D．一切带电体都可以看成点电荷考源教学