2019-2020学年高考物理 主题1 静电场 2 库仑定律课件（必修3）

主题1静电场2库仑定律学科素养与目标要求物理观念：1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件.科学探究经历探究实验过程，得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系.科学思维：1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型.2.进一步了解控制变量法在实验中的作用.3.会用库仑定律进行有关的计算.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习达标检测课时对点练预习新知夯实基础检测评价达标过关注重双基强化落实重点探究启迪思维探究重点自主预习一、探究影响电荷间相互作用力的因素1.实验现象：(如图1所示)图1(1)小球带电荷量一定时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度.越小(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度.越大2.实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而，随着距离的增大而.增大减小二、库仑定律1.点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小，以致带电体的、及对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做.2.库仑定律(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成，与它们的距离的成反比，作用力的方向在.(2)公式：F＝，其中k＝N·m2/C2，叫做静电力常量.(3)适用条件：①；②.kq1q2r2大得多形状大小电荷分布状况点电荷正比二次方它们的连线上9.0×109在真空中点电荷3.库仑的实验(1)库仑扭秤实验是通过悬丝比较静电力F大小的.实验结果发现静电力F与距离r的成反比.(2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个的金属小球接触，电荷量的方法，发现F与q1和q2的成正比.扭转角度二次方完全相同平分乘积即学即用1.判断下列说法的正误.(1)探究电荷间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法.()(2)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷.()(3)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.()(4)若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力.()×√√×2.真空中两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果将两个点电荷的距离增大为原来的4倍，电荷量都增大为原来的2倍.它们之间静电力的大小变为原来的____倍.14重点探究一、库仑定律的理解与应用1.点电荷(1)点电荷是只有电荷量，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.(2)带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论.如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷.2.库仑定律(1)库仑定律只适用于真空中点电荷之间的相互作用，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理.(2)当r→0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用.(3)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律.不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大.(4)两个规则的带电球体相距比较近时，电荷的分布会发生改变，库仑定律不再适用.例1下列说法中正确的是A.点电荷就是体积小的带电体B.带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷C.大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷D.根据库仑定律表达式F＝k，当两电荷之间的距离r→0时，两电荷之间的库仑力F→∞解析点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体.同一带电体，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看做点电荷，带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A、B错误，C正确.两电荷距离r→0时，不能看做点电荷，库仑定律不再适用，D错误.√q1q2r2例2甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16C的正电荷，乙球带有3.2×10－16C的负电荷，放在真空中相距为10cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10cm.(结果保留三位有效数字)(1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？答案1.38×10－19N引力解析因为两球的半径都远小于10cm，因此可以作为两个点电荷考虑.由库仑定律有F＝k|q1q2|r2＝9.0×109×4.8×10－16×3.2×10－160.12N≈1.38×10－19N.两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力.(2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？答案5.76×10－21N斥力解析如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球的带电荷量为q1′＝q2′＝4.8×10－16－3.2×10－162C＝8×10－17C，两个电荷之间的斥力为F1＝kq1′q2′r2＝5.76×10－21N.(3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？答案不能解析由于两球不同，分开后分配电荷的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两球间的作用力.点拨：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即可；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别.二、库仑力的叠加1.对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和.2.电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则.例3如图2所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C.在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m.如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？答案见解析图2针对训练(2018·德州市期末)如图3所示，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝8cm、ac＝6cm、bc＝10cm，小球c所受库仑力合力的方向平行于ab的连线斜向下.关于小球a、b的电性及所带电荷量比值的绝对值n，下列说法正确的是图3A.同号电荷，n＝925B.同号电荷，n＝27125C.异号电荷，n＝925D.异号电荷，n＝27125√达标检测1.(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是A.点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的B.点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体C.两带电荷量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式F＝k计算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、大小及电荷分布对所研究问题的影响是否可以忽略不计√1234√Q1Q2r2解析点电荷是一种理想化模型，实际中并不存在.一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是应具体问题具体分析，是看它的形状、大小及电荷分布对所研究问题的影响能否忽略不计，A、D对.2.(库仑定律的理解)(2018·南平市检测)关于库仑定律，下列说法正确的是A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体B.根据F＝k，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大C.带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍D.库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷√1234q1q2r2A.F3B.F4C.3F8D.F23.(库仑定律的应用)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)，分别固定在两处，它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为√1234答案3kQQCL2，方向为与AB连线垂直向上4.(库仑力的叠加)如图4所示，等边三角形ABC，边长为L，在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB，QA＝QB＝＋Q，求在顶点C处带电荷量为QC的正点电荷所受的静电力.图41234课时对点练一、选择题考点一对库仑定律的理解1.(多选)对于库仑定律，下列说法正确的是A.凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力，就可以使用公式F＝kB.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律C.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D.当两个半径为r的带电金属球中心相距为2r时，对于它们之间的作用力大小，只取决于它们各自所带的电荷量多少√12345678√q1q2r22.如图1所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定A.两球都带正电B.两球都带负电C.大球受到的静电力大于小球受到的静电力D.两球受到的静电力大小相等解析两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同号电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故A、B项均错；由牛顿第三定律知，两球受到的静电力大小相等，故C项错，D项对.√12345678图1A.4FB.2FC.12FD.14F考点二库仑定律的简单应用3.(2018·东北师大附中高二期中)两个点电荷所带电荷量分别为2Q和4Q.在真空中相距为r，它们之间的静电力为F.现把它们的电荷量各减小一半，距离减小为.则它们间的静电力为√12345678r4解析开始时F1＝k5Q·3Qa2＝k15Q2a2，接触后，两球都带正电Q，F2＝kQ·Q4a2＝kQ24a2，4.(2018·人大附中高二期中)使两个完全相同的金属小球(均可视为点电荷)分别带上－3Q和＋5Q的电荷后，将它们固定在相距为a的两点，它们之间库仑力的大小为F1，现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a的两点，它们之间库仑力的大小为F2，则F1与F2之比为A.2∶1B.4∶1C.16∶1D.60∶1√12345678所以F1∶F2＝60∶1，故D正确.考点三库仑力的叠加5.如图2所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9C、QB＝－4×10－9C、QC＝＋3×10－9C的A、B、C点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为A.9.9×10－4NB.9.9×10－3NC.1.17×10－4ND.2.7×10－4N图2√123456786.如图3所示，直角三角形ABC中∠B＝30°，点电荷A、B所带电荷量分别为QA、QB，测得在C处的某正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则下列说法正确的是A.A带正电，QA∶QB＝1∶8B.A带负电，QA∶QB＝1∶8C.A带正电，QA∶QB＝1∶4D.A带负电，QA∶QB＝1∶4图3√12345678二、非选择题7.(2018·潍坊市期末)如图4所示，△abc处在真空中，边长分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm.三个带电小球固定在a、b、c三点，电荷量分别为qa＝6.4×10－12C，qb＝－2.7×10－12C，qc＝1.6×10－12C.已知静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2，求c点小球所受库仑力的大小及方向.12345678答案7.2×10－11N，方向平行于ab连线向右图4答案kqQr24R4由球心指向小圆孔中心8.如图5所示，半径为R的绝缘球壳上电荷均匀分布，带电荷量为＋Q，另一电荷量为＋q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零.现在球壳上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受静电力的大小为多少？方向如何？(已知静电力常量为k)图512345678