高中物理（人教版）选修3-1 第1章 第2节　库仑定律

欢迎进入物理课堂 第二节库仑定律 课标定位学习目标 1 明确点电荷是个理想模型 知道带电体简化为点电荷的条件 感悟理想模型 2 理解库仑定律的内容及公式 知道库仑定律的适用条件 3 运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题 4 通过静电力与万有引力的对比 体会自然规律的多样性和统一性 重点难点 库仑定律的内容及公式的理解和灵活应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第二节库仑定律 课前自主学案 课前自主学案 一 演示实验探究实验表明 电荷之间的作用力随 的增大而增大 随 的增大而减小 特别提示 该实验采用了控制变量法探究力与电量 距离之间的关系 电荷量 距离 二 库仑定律1 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 与它们的距离的二次方成 作用力的方向在它们的连线上 正比 反比 2 表达式 F 其中k N m2 C2 叫做静电力常量 3 适用条件 中 两个 之间的相互作用 9 0 109 真空 点电荷 4 方向 沿 方向 且同种电荷 异种电荷 3 适用条件 中 两个 之间的相互作用 4 方向 沿 方向 且同种电荷 异种电荷 两电荷连线 相斥 相吸 真空 点电荷 两电荷连线 相斥 相吸 2 点电荷当带电体间的 比它们自身的大小大得多 以至带电体的形状 大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响 时 这样的带电体就可以看做带电的点 叫做点电荷 距离 可忽略不计 思考感悟点电荷是否真的存在 它与力学中的质点有何联系 提示 点电荷与力学中的质点都是理想化的模型 实际上并不存在 抓住主要因素 忽略次要因素 是物理学研究问题的一种重要方法 三 库仑的实验1 库仑扭秤的原理 如图1 2 1所示 A和C之间的作用力使悬丝扭转 通过悬丝扭转的 可以比较力的大小 角度 2 电荷量的定量量度 一个带电的金属球与另一个不带电的相同的金属球接触后 前者的电荷量就会分给后者 3 静电力的叠加 两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的作用力等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的 一半 矢量和 图1 2 1 核心要点突破 一 对库仑定律的理解1 库仑定律的适用条件 库仑定律只适用于计算真空中两个点电荷间的相互作用力 空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑定律计算 图1 2 2 2 库仑定律是电磁学的基本定律之一 虽然库仑定律给出的是点电荷间的静电力 但是 任何一个带电体都可以看成由许多点电荷组成的 所以如果知道带电体上的电荷分布 根据库仑定律及平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向 3 库仑定律的应用 1 应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质的正 负号代入公式中 只将其电荷量的绝对值代入公式中算出力的大小 力的方向根据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引的原则另行判断 2 各物理量要统一用国际单位 只有采用国际单位时 k的值才是9 0 109N m2 C2 3 库仑力具有力的一切性质 可以与其他力合成 分解 可以与其他力平衡 可以产生加速度 遵从牛顿第三定律 两点电荷间的库仑力是一对相互作用力 大小相等 方向相反 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图1 2 3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 电荷量为Q 两球之间的静电力符合下列选项中的 图1 2 3 二 库仑定律与万有引力定律的比较 特别提醒 通过对比我们发现 大自然尽管是多种多样的 但也有规律可循 具有统一的一面 规律的表达那么简捷 揭示了自然界中深奥的道理 这就是自然界的和谐之美 简约之美 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年福州市普通高中毕业班质量检测 设星球带负电 一带电粉尘悬浮在距星球表面1000km的地方 又若将同样的带电粉尘带到距星球表面2000km的地方相对于该星球无初速释放 则此带电粉尘 A 向星球下落B 仍在原处悬浮C 推向太空D 无法判断 课堂互动讲练 有三个完全相同的金属小球A B C A带电荷量 6Q B带电荷量 3Q C球不带电 今将A B两球固定起来且距离远大于小球半径 然后让C经很多次反复与A B接触 最后移去C球 求A B间的相互作用力变为原来的多少 思路点拨 确定多次接触后A B的带电量 然后利用库仑定律公式求解 题后反思 带电体能否简化为点电荷 是库仑定律应用中的关键点 另一个条件是 真空 中 一般没有特殊说明的情况下 都可按真空来处理 如图1 2 4所示 在一条直线上有两个相距0 4m的点电荷A B A带电荷量 Q B带电荷量 9Q 现引入第三个点电荷C 恰好使三个点电荷都处于平衡状态 问 C应带什么性质的电 应放于何处 所带电荷量为多少 图1 2 4 思路点拨 根据点电荷间相互作用规律知能使引入的第三个点电荷平衡的可能位置应在A B连线的延长线上 且在A的左侧 然后列式计算 图1 2 5 规律总结 1 处理此类题的基本思路是对三个电荷中的任意两个列受力平衡方程 2 使同一直线上三个电荷平衡放置的规律可总结如下 三电荷在同一直线上 两同夹一异 两大夹一小 变式训练2 2011年天津模拟 如图1 2 6所示 三个点电荷q1 q2 q3固定在一直线上 q2与q3的距离为q1与q2距离的2倍 每个电荷所受静电力的合力均为零 由此可以判定 三个电荷的电荷量之比q1 q2 q3为 A 9 4 36B 9 4 36C 3 2 6D 3 2 6 图1 2 6 解析 选A 每个电荷都受到另外两个电荷对它的静电力的作用 其合力为零 这两个力必须满足的条件为 大小相等 方向相反 由分析可知 三者电性不可能相同 只能是如图所示两种情况 如图1 2 7所示 带电小球A和B放在光滑绝缘水平面上 质量分别为m1 2g m2 1g 所带电荷量值q1 q2 10 7C A带正电 B带负电 现有水平向右的恒力F作用于A球 可使A B一起向右运动 且保持间距d 0 1m不变 试问F多大 图1 2 7 答案 2 7 10 2N 规律总结 用牛顿第二定律处理带电体的运动时 采用的方法与以前相同 只是在受力分析时多了一个库仑力 变式训练3一根置于水平面上的光滑玻璃管 绝缘体 内部有两个完全一样的弹性金属球A B 带电荷量分别为9Q和 Q 从图1 2 8所示的位置由静止开始释放 问两球再经过图中位置时 两球的加速度是释放时的 倍 图1 2 8 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全