第二节《库仑定律》

第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究※知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法※※掌握库仑定律的内容及公式，会用库仑定律求解有关问题※通过静电力和万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究将两个气球充气后挂起来，让他们碰在一起(图a)．用毛织品分别摩擦两个气球相接触的部分(图b)．放开气球后，你观察到什么现象？你能解释这个现象吗？你能得到气球间相互作用的规律与哪些因素有关吗？第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究1．把一个带正电的物体放在A处，然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置(下图)，比较小球在所受．小球所受电力的大小可以通过丝线偏离显示出来，偏角，表示小球受到的电力．不同位置电力的大小越大竖直方向的角度越大第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究把小球挂在，增大或减小它所带的，比较小球所受的变化．实验表明，电荷之间的作用力随着电荷量的而，随着距离的而．同一位置电荷量电力大小增大减小增大增大控制变量法第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究2．大家知道，英国科学家卡文迪许用实验的方法测出了常量，开历史先河，打开了微量观测的大门．(如下图)扭秤万有引力第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究1773年法国科学家库仑(见下图)用实验验证了静电力的定律．库仑扭秤平方反比第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究3．电荷之间存在着的相互作用力称为或．在真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的的二次方成反比，作用力的方向在上．静电力库仑力距离它们的连线第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(1)点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的物理模型，类似于力学中的质点，实际并不存在．(2)在带电体的大小比起它到其它带电体的距离小得多，以致带电体的形状和电荷在它上面的分布已无关紧要时，带电体可视为点电荷．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究特别提醒：物理学中的理想模型是不存在的，但是在处理某些问题时往往要抓住主要矛盾，忽略次要因素，建立理想模型，这样可使研究的问题大大简化，同时可得到物理本质的东西，否则，将是一团乱麻，无从下手，寸步难行．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究现有一个半径为20cm的带电圆盘，问能否把它看作点电荷？答案：能否把带电圆盘看作点电荷，不能只看大小，要视具体情况而定．若考虑它与10m远处的一个电子的作用力时，完全可以把它看作点电荷；若电子距圆盘只有1mm时，这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面，而不能看作点电荷．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(1)内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线．(2)库仑力(静电力)的大小：，其中静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2.方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸．(3)定律的适用范围：真空中的点电荷．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究如何正确理解和应用库仑定律1．库仑力的理解：库仑定律仅适用于真空中静止的两个点电荷间的相互作用的理想情况．有人根据F＝kQ1Q2r2推出当r→0时，F→∞，从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析，这种看法是错误的．因为当r→0时，两带电体已不能看做点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用，不能成立了．例如：两个导体球，中心之间的距离为r，则两球带同种电荷时，F＜kQ1Q2r2；两球带异种电荷时，F＞kQ1Q2r2.第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究两个半径为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为()A．F＝kq1q23R2B．F＞kq1q23R2C．F＜kq1q23R2D．无法确定第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究【思路点拨】带电体的大小远小于它们间的距离时，带电体才可以看做点电荷．【精讲精析】因为两球心距离不比球的半径大很多，所以两带电球不能看做点电荷，必须考虑电荷在球上的实际分布．当q1、q2是同种电荷时，相互排斥，分布于最远的两侧，电荷中心距离大于3R；当q1、q2是异种电荷时，相互吸引，分布第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究于最近的一侧，电荷中心距离小于3R，如图1－2－1所示．所以静电力可能小于kq1q23R2，也可能大于kq1q23R2，D正确．图1－2－1【答案】D第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究2.库仑定律与万有引力定律的比较定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律①都与距离的平方成反比②都有一个常量与两个物体质量有关，只有引力m1、m2、r库仑定律与两个物体电荷量有关，有引力，也有斥力Q1、Q2、r第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(1)实验装置：库仑扭秤(如图所示)第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(2)实验步骤：①改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，便可找到力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②通过带电金属小球与另一个不带电的相同金属球接触，前者的电荷量分给后者一半的办法，改变带电小球的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，可得出力F与q1和q2的乘积成正比即F∝q1q2(3)实验结果：第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(1)适用条件：真空中两个点电荷间的相互作用．(2)库仑力具有力的一切性质：矢量性、相互性等，两点电荷间的库仑力是相互作用的，其大小相等，方向相反．(3)将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行．即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、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，异种电荷相互吸引加以判定．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(4)要统一国际单位，与k＝9.0×109N·m2/C2统一．(5)如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力．特别提醒：①因为基本粒子(电子、质子、原子核、离子等)之间的静电力远比它们之间的万有引力大得多，也比本身受的地球引力(重力)大得多，所以都不考虑万有引力作用，但像质量较大的带电体小球、液滴、灰尘等，一般要考虑重力作用．②在解决多个点电荷间的作用力问题时，要注意每两个点电荷间就有一对库仑力，它们之间的关系遵从牛顿第三定律．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究误区1：当电荷Q1、Q2间的距离r→0时，由公式F＝kQ1Q2/r2可知，两电荷间的相互作用力F→∞.第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究点拨：若纯粹由数学知识出发，确实可以认为r→0时F→∞.但是我们必须注意，公式F＝kQ1Q2/r2仅适用于可将带电体视为点电荷的情形．什么是点电荷？如果带电体的大小比带电体间的距离小很多，即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，就可将带电体视为点电荷．事实上，当Q1、Q2间的距离r→0时已不能将Q1、Q2视为点电荷了，当然也就不能用公式F＝kQ1Q2/r2来计算Q1、Q2间相互作用力的大小了．可见，尽管数学是解决物理问题的重要工具，但也不能不顾物理意义而将物理问题纯数学化．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，两球之间的静电力为下列选项中的哪一个()第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究解析：由于两带电体带等量异种电荷，电荷间相互吸引，因此电荷在导体球上的分布不均匀，会向正对的一面集中，电荷间的距离就要比3r小．根据库仑定律，静电力一定大于电荷的吸引不会使电荷全部集中在相距为r的两点上，所以说静电力也不等于正确选项为B.答案：B点评：两球间的距离和球本身的大小差不多，不符合简化点电荷的条件，因为库仑定律的公式计算只适用于点电荷，所以不能用公式去计算．我们可以根据电荷间的相互作用的规律来作一个定性分析．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究(2009·福建仙游现代中学高二检测)关于库仑定律的公式下列说法中正确的是()第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究A．当真空中的两个点电荷间的距离r→∞，它们之间的静电力F→0B．当真空中的两个点电荷间的距离r→0时，它们之间的静电力F→∞C．当两个点电荷之间的距离r→∞时，库仑定律的公式就不适用了D．当两个点电荷之间的距离r→0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了答案：AD第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究如图所示，光滑平面上固定金属小球A，用长L0的绝缘弹簧将A与另一个金属小球B连接，让它们带上等量同种电荷，弹簧伸长量为x1，若两球电荷量各漏掉一半，弹簧伸长量变为x2，则有()第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究错解分析：B球先后受到的库仑力为F1、F2，电荷量变为原来的一半，根据库仑定律再设弹簧的劲度系数为k0，则F1＝k0x1，F2＝k0x2，所以解得x2＝x0.故选B.第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究错解原因：只注意到电荷电荷量改变，忽略了两者距离也随之变化，导致错误．正确解答：以B球为研究对象，因B球先后平衡，于是有弹簧弹力等于库仑力，则漏电前，有：漏电后，有：联立解得：由于L0＋x2L0＋x1则4故选C.第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究答案：C点评：在胡克定律F＝kx中，x是指弹簧的形变量，而库仑定律F＝k中，r是指两点电荷间的距离，在本题中是指弹簧形变后的总长度．第一章静电场物理（人教版·选修3-1）情景切入自主研习走出误区探究目标课后强化作业题型设计要点探究在真空中有两个相距r的点电荷A和B，带电荷量分别为q1＝－q，q2＝4q.(1)