2019-2020学年新教材高中物理 第1章 静电力与电场强度 第2节 库仑定律课件 鲁科版必修第三

第1章静电力与电场强度第2节库仑定律【学习素养·明目标】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．自主探新知预习一、点电荷1．定义：当带电体本身的比它与其他带电体之间的______小得多，以至于其形状、大小及电荷分布等因素对它与其他带电体之间相互作用的影响可以忽略，这样的带电体称为点电荷．2．特点：只有、没有的几何点．大小距离电荷量大小二、两点电荷间的静电力1．静电力(1)定义：间的相互作用力，也叫库仑力．(2)影响静电力大小的因素：两带电体的形状、大小、、电荷分布、等．电荷电荷量两者间的距离2．库仑定律：真空中两个静止之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的成正比，与它们的距离r的________成反比；作用力的方向沿着它们的．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．3．表达式：F＝kQ1Q2r2，其中k为静电力常量．如果各物理量单位都采用国际单位制，则k＝N·m2/C2.点电荷乘积二次方连线9.0×1094．库仑定律的适用条件：真空中的静止．5．静电力的叠加原理：对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别时对该点电荷的作用力的．点电荷单独存在矢量和1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)体积很小的带电体都能看成点电荷．()[提示]带电体能否看成点电荷，不是依据带电体的大小和带电荷量的多少，而是看带电体的形状、大小及电荷分布等因素对研究问题的影响能否忽略不计．×(2)点电荷是一种理想化模型．()(3)库仑力的大小与电性没有关系．()(4)相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑力大小一定相等．()(5)两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律计算库仑力的大小．()×√√√[提示]两带电球相距较近时，电荷的分布会受到影响，故不能应用库仑定律计算．2．(多选)关于点电荷，下列说法正确的是()A．带电荷量少的电荷就是点电荷B．一个电子不论在何种情况下均可视为点电荷C．在实际中点电荷并不存在D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它尺寸的绝对值，而是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计CD[一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是看它的形状、大小及电荷分布状况对相互作用力的影响能否忽略不计，因此大的带电体一定不能看成点电荷和小的带电体一定能看成点电荷的说法都是错误的，所以选项A、B错误，C、D正确．]3．两个点电荷相距为r，相互作用力为F，则()A．电荷量不变，距离加倍时，作用力变为4FB．其中一个点电荷的电荷量和两点电荷之间的距离都减半时，作用力不变C．每个点电荷的电荷量和两个点电荷间的距离都增加相同的倍数时，作用力不变D．将其中一个点电荷的电荷量取走一部分给另一个点电荷，两者的距离不变，作用力一定不变C[真空中两个静止点电荷间的作用力大小为F＝kqQr2，当电荷量不变距离加倍时，作用力大小为F′＝kqQ2r2＝14F，故A错误；其中一个点电荷的电荷量和两点电荷间距都减半时，根据库仑定律可知，作用力为2F，故B错误；每个点电荷的电荷量和两点电荷间距都增加相同的倍数时，根据库仑定律得，作用力不变，故C正确；将其中一个点电荷的电荷量取走一部分给另一个点电荷，两者的距离不变，根据库仑定律可知，作用力不一定不变，故D错误．]合作攻重难探究对点电荷的理解1.点电荷是理想化模型只有电荷量，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．2．带电体看成点电荷的条件如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，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，带电体就能看成点电荷．3．元电荷与点电荷(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位．(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷的整数倍．【例1】(多选)下列关于点电荷的说法中正确的是()A．无论两个带电体多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷B．一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷C．一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理AD[无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，选项A正确，而选项C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若带异种电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离，因此，选项D正确．]1．2019年1月11日1时11分，我国在西昌卫星发射中心成功发射“中星2D”卫星，卫星升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的“中星2D”能被视为点电荷的是()A．研究“中星2D”卫星与距其1m处的一个带电微粒之间的静电力B．研究“中星2D”卫星与地球(带负电)之间的静电力C．任何情况下都可视为点电荷D．任何情况下都不可视为点电荷B[由带电体可看作点电荷的条件，研究“中星2D”卫星与距其1m处的一个带电微粒之间的静电力时，“中星2D”卫星的大小不能忽略不计，不能视为点电荷，故A错误；研究“中星2D”卫星与地球(带负电)之间的静电力，“中星2D”卫星的大小可以忽略不计，能视为点电荷，B正确；结合A、B选项可知，带电体能否看作点电荷，由所研究问题的性质决定，与带电体自身大小及形状无关，故C、D错误．]对库仑定律的理解及应用1.库仑定律的适用条件：(1)真空；(2)静止点电荷．这两个条件都是理想化的，在空气中库仑定律也近似成立．2．两个点电荷间的库仑力(1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个电荷的电荷量及间距有关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关．(2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，与两个电荷的性质、带电荷多少均无关，即作用力与反作用力总是等大、反向．3．多个点电荷的库仑力如果一个点电荷同时受到另外两个或多个点电荷的作用力，总的库仑力等于其他点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和．4．两个带电球体间的库仑力(1)两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，也适用库仑定律，球心间的距离就是二者的距离．(2)两个规则的带电金属球体相距比较近时，不能被看成点电荷，此时两带电球体之间的作用距离会随电荷的分布发生改变．如图甲所示，若带同种电荷，由于排斥而作用距离变大，此时F＜kq1q2r2；如图乙所示，若带异种电荷，由于吸引而作用距离变小，此时F＞kq1q2r2.甲乙【例2】如图所示，A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷．当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，其所受电场力为()A．－F2B.F2C．－FD．F思路点拨：解答本题应注意以下三点：①电场力与电荷量大小的关系．②电场力与点电荷间距的关系．③电场力的方向规定．B[在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，Q所受电场力大小为F＝kQqr2AB；在C处放一电荷量为－2q的点电荷时，Q所受电场力大小为F′＝kQ·2qr2BC＝2kQq2rAB2＝kQq2r2AB＝F2.且不管电荷Q是正还是负，两种情况下，Q受力方向相同，故选项B正确，A、C、D错误．]求解库仑力的基本步骤(1)明确研究对象Q1、Q2，特别是电性和电荷量的关系．(2)明确Q1、Q2之间的距离r.(3)根据库仑定律F＝kQ1Q2r2列方程．(4)根据同种电荷相斥，异种电荷相吸确定库仑力的方向．上例中若B处Q带正电，且A、C两处的电荷同时存在，求B处电荷受到的库仑力大小．[解析]B处电荷受A处电荷作用力大小F1＝kQqr2AB＝F，方向由B指向C，B处电荷受C处电荷作用力大小F2＝2kQqr2BC＝F2，方向由B指向C.故B处电荷所受合力F合＝F1＋F2＝3F2，方向由B指向C.[答案]3F22．(多选)要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法中可行的是()A．每个点电荷的电荷量都增大到原来的4倍，点电荷间的距离变为原来的2倍B．保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C．使一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的12D．保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小到原来的12AD[库仑力公式F＝kQ1Q2r2，每个点电荷的电荷量都增大到原来的4倍，点电荷间的距离变为原来的2倍，则库仑力为F1＝k4Q1·4Q22r2＝4F，A项正确；保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍，则库仑力为F2＝kQ1Q22r2＝14F，B项错误；使一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的12，则库仑力为F3＝k2Q1·Q2r22＝8F，C项错误；保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小到原来的12，库仑力为F4＝kQ1Q2r22＝4F，所以D项正确．]3．如图所示，半径相同的两个可视为点电荷的金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷，相隔一定的距离，两球之间的相互吸引力大小为F，今用第三个半径相同的不带电金属小球C先后与A、B两个球接触后移开，这时，A、B两个球之间的相互作用力大小是()A.18FB.14FC.38FD.34FA[由于A、B间有吸引力，则A、B带异种电荷．设电荷量都为Q，则两球之间的相互吸引力大小为F＝kQ2r2.当C球与A球接触后，A、C两球的电荷量为q1＝Q2.当C球再与B球接触后，B、C两球的电荷量为q2＝Q－Q22＝Q4.所以此时A、B两球之间的相互作用力的大小为F′＝kQ2·Q4r2＝kQ28r2＝F8，故选项A正确．]库仑力作用下的力学问题1.库仑力作用下力学综合问题，可以归纳为“电学问题，力学方法”．静电力是性质力，不是效果力，它与重力、弹力、摩擦力一样，具有自己的特性，同时，具有力的共性，遵循力学规律和力的运算法则．2．具体问题做好“两分析”“一选取”(1)受力分析：除分析重力、接触力之外，还要分析库仑力的作用．(2)状态分析：通过分析确定带电体是处于平衡状态还是处于加速状态．(3)根据题目情景和提供的条件选取恰当的物理规律列方程求解．【例3】如图所示，质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方的绝缘柱上．其中O点与小球A的间距为l，O点与小球B的间距为3l，当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角θ＝30°.带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k.则()A．A、B间库仑力大小F＝kq22l2B．A、B间库仑力大小F＝3mg3C．细线拉力大小FT＝kq23l2D．细线拉力大小FT＝3mg思路点拨：解此题关键是利用几何关系“OA＝l，OB＝3l，θ＝30°”找到AB间距．B[带电小球A受力如图所示，OC＝32l，即C点为OB中点，根据对称性AB＝l.由库仑定律知A、B间库仑力大小F＝kq2l2，细线拉力FT＝F＝kq2l2，选项A、C错误；根据平衡条件得Fcos30°＝12mg，得F＝3mg3，绳子拉力FT＝3mg3，选项B正确，D错误．]处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法(