2019-2020学年高中物理 第一章 电荷与电场 2 点电荷之间的相互作用课件 教科版选修1-1

第一章电荷与电场2点电荷之间的相互作用第一章电荷与电场1.知道点电荷的概念，知道点电荷是一种理想化的模型，认识理想化模型，了解理想化方法在物理学研究中所起的作用．2．了解电荷间的相互作用规律．知道库仑定律，能利用库仑定律计算真空中静止的两点电荷间的相互作用力．3.了解类比方法，知道类比方法在物理学发展中所起的作用．一、探究影响电荷间作用力大小的因素课本P6～7的实验说明了决定电荷间相互作用的因素有：1．两电荷间的距离：电荷间相互作用力随电荷间距离的增大而_______．2．电荷量：电荷间相互作用力随电荷量的增大而_______．减小增大大小二、库仑定律1．点电荷当带电体间的距离远大于它们的_______，以至带电体的形状、大小可以忽略不计时，可以认为带电体所带的电荷量集中在一个“点”上，这样的带电体称为点电荷．2．库仑定律(1)内容：真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成_______，跟它们距离的平方成_______，作用力的方向在它们的_______上．这就是库仑定律．(2)适用条件：库仑定律适用于_______中的两个点电荷．对可以视为点电荷的两个带电体间也可用库仑定律．正比反比连线真空(3)公式：F＝_______．(4)静电力常量k：在国际单位制中，k＝9.0×109N·m2/C2.k的物理意义是当两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时，相互作用力是_______________N.kQ1Q2r29.0×109对点电荷的认识1．带电体能看做点电荷的条件：带电体间的距离远大于带电体本身的线度．2．对点电荷的理解：点电荷跟运动的描述中学过的质点一样，是理想化的物理模型，实际上并不存在．但实际的带电体满足一定的条件即可看做点电荷．3．点电荷具有相对意义，带电体的尺寸不一定很小，一个带电体能否看做点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于该带电体的线度与它到与它发生作用的其他带电体间的距离的关系．另外，一般情况下对电荷量不作限制，电性也有正负之分．关于点电荷，以下说法正确的是()A．足够小的电荷，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．点电荷是一种理想化的模型D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它尺寸的大小，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[解析]一个带电体能否看成点电荷，不是依据其大小和形状，而是看在研究问题时，其大小和形状对研究的问题影响程度是否能够忽略，因此实际的点电荷是不存在的，点电荷是一种理想化模型，是为了研究问题的方便而引入的一个概念．故选项C、D正确．[答案]CD库仑定律的应用1．库仑定律的适用条件：真空中两个点电荷间的相互作用，但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷，r为两个球体的球心距离．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．2．库仑力是一种性质力，具有力的一切性质：矢量性、相互性等．相互作用的两个点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律，即两个点电荷(不论其电荷量是否相等)所受库仑力大小相等、方向相反．当多个点电荷同时存在时，任意两个点电荷间的作用仍遵守库仑定律，任一点电荷所受的库仑力可利用求力的合成的平行四边形定则求出．3．在使用公式F＝kQ1Q2r2时，Q1、Q2可只代入绝对值计算库仑力的大小，库仑力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断．4．不能单纯从数学意义上理解F＝kQ1Q2r2，以为r趋于零时，便可得到F为无穷大，事实上，当r趋于零时，带电体便不能看成点电荷了，此公式也不再适用了．如图所示，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，电荷量均为Q，两球间的静电力为下列选项中的()A．等于kQ29r2B．大于kQ29r2C．小于kQ29r2D．等于kQ2r2[解析]两球间距和球本身大小差不多，不符合简化成点电荷的条件，因为库仑定律的公式仅适用于点电荷，所以不能用该公式计算．我们可以根据电荷间的相互作用规律做一个定性分析．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．由库仑定律，静电力一定大于kQ29r2，电荷间的吸引不会使电荷全部集中在相距为r的两点上，所以静电力不等于kQ2r2.正确选项为B.[答案]B(1)保持两个点电荷的距离不变，若把每个点电荷的电荷量都增加为原来的2倍，那么它们之间的相互作用力变为原来的________倍；(2)保持两个点电荷的电荷量不变，将距离增为原来的3倍，那么它们之间的相互作用力变为原来的________；(3)保持其中一个点电荷的电荷量不变，另一个点电荷的电荷量变为原来的4倍，为保持相互作用力不变，则它们之间的距离应变为原来的________倍．解析：该题用库仑定律进行比例计算即可．(1)设两个点电荷间的距离为r，电荷量分别为Q1、Q2，原来的作用力为F1，后来的作用力为F2，则F1＝kQ1Q2r2，F2＝k2Q1·2Q2r2，则F2F1＝4.(2)F1＝kQ1Q2r2，F2＝kQ1Q2（3r）2，则F2F1＝19.(3)F1＝kQ1Q2r2，F2＝k·4Q1·Q2R2由F2＝F1得Rr＝2.答案：(1)4(2)1/9(3)2