2019_2020學(xué)年高中物理第1章電場(chǎng)第2節(jié)探究靜電力學(xué)案粵教版.docx

第二節(jié)探究靜電力學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解點(diǎn)電荷，知道實(shí)際帶電體簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件(重點(diǎn))2.了解探究電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.理解庫(kù)侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件(重點(diǎn))4.會(huì)用庫(kù)侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算(難點(diǎn))5.了解庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)一、點(diǎn)電荷1點(diǎn)電荷：物理上把本身的大小比相互之間的距離小得多的帶電體稱為點(diǎn)電荷2點(diǎn)電荷是理想化的物理模型，只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際不存在(選填“存在”或“不存在”)二、庫(kù)侖定律1基本方法：控制變量法(1)探究電荷間的作用力的大小跟距離的關(guān)系電荷量不變時(shí)，電荷間的距離增大，作用力減?。痪嚯x減小，作用力增大(2)探究電荷間作用力的大小跟電荷量間的關(guān)系電荷間距離不變時(shí)，電荷量增大，作用力增大；電荷量減小，作用力減小2庫(kù)侖定律(1)內(nèi)容：在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們間的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上(2)公式：Fk，k叫靜電力常量，數(shù)值k9.0109Nm2/C21正誤判斷(1)體積很小的帶電體都能看做點(diǎn)電荷()(2)庫(kù)侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的球體()(3)相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相等，它們之間的庫(kù)侖力大小一定相等()(4)庫(kù)侖定律是庫(kù)侖在前人工作的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的規(guī)律()2下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法正確的是()A體積大的帶電體一定不能看作點(diǎn)電荷B點(diǎn)電荷的電荷量一定是1.61019 CC點(diǎn)電荷是一個(gè)理想化模型D研究帶電體的相互作用時(shí)，所有帶電體都可以看作點(diǎn)電荷C當(dāng)帶電體的形狀和大小對(duì)所研究的問(wèn)題的結(jié)果影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將帶電體視為點(diǎn)電荷，故A錯(cuò)誤；點(diǎn)電荷是將帶電物體簡(jiǎn)化為一個(gè)帶電的點(diǎn)，元電荷為1.61019 C，是電量的最小值，點(diǎn)電荷的值可以等于元電荷，也可以是元電荷的整數(shù)倍，故B錯(cuò)誤；點(diǎn)電荷是理想化的物理模型，故C正確；研究帶電體的相互作用時(shí)，并不所有帶電體都可以看作點(diǎn)電荷，只有滿足條件的帶電體才能視為點(diǎn)電荷，故D錯(cuò)誤3(多選)對(duì)于庫(kù)侖定律，下列說(shuō)法正確的是()A凡計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力，都可以使用公式FkB兩個(gè)帶電小球即使相距非常近，也能用庫(kù)侖定律C相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們之間的庫(kù)侖力大小一定相等D當(dāng)兩個(gè)半徑為r的帶電金屬球中心相距為4r時(shí)，對(duì)于它們之間的靜電作用力大小，只取決于它們各自所帶的電荷量AC庫(kù)侖定律適用于真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷，當(dāng)兩個(gè)帶電小球離得非常遠(yuǎn)時(shí)，可以看成點(diǎn)電荷來(lái)處理，而非常近時(shí)帶電體的電荷分布會(huì)發(fā)生變化，不再均勻，故不能用庫(kù)侖定律來(lái)解題兩點(diǎn)電荷間的力是作用力和反作用力所以A、C正確點(diǎn)電荷1.點(diǎn)電荷是物理模型只有電荷量，沒(méi)有大小、形狀的理想化的模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在2帶電體看成點(diǎn)電荷的條件如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至于帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響很小，就可以忽略形狀、大小等次要因素，只保留對(duì)問(wèn)題有關(guān)鍵作用的電荷量，帶電體就能看成點(diǎn)電荷3元電荷與點(diǎn)電荷(1)元電荷是一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值，是電荷量的最小單位(2)點(diǎn)電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀，是帶電個(gè)體，其帶電荷量可以很大也可以很小，但它一定是一個(gè)元電荷電荷量的整數(shù)倍【例1】關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說(shuō)法正確的是()A體積小的帶電體在任何情況下都可以看成點(diǎn)電荷B所有的帶電體在任何情況下都可以看成點(diǎn)電荷C帶電體的大小和形狀對(duì)研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可以看成點(diǎn)電荷D通常把帶電小球看成點(diǎn)電荷，帶電小球靠得很近時(shí)，它們之間的作用力為無(wú)限大C電荷的形狀、體積對(duì)分析的問(wèn)題的影響可以忽略時(shí)，就可以看成是點(diǎn)電荷，所以體積很大的帶電體也有可能看成是點(diǎn)電荷，體積小的帶電體有時(shí)不能看作點(diǎn)電荷，所以A錯(cuò)誤；電荷的形狀、體積對(duì)分析問(wèn)題的影響可以忽略時(shí)，就可以看成是點(diǎn)電荷，并不是所有帶電體都能看作點(diǎn)電荷，所以B錯(cuò)誤；帶電體的大小和形狀對(duì)研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可以看成點(diǎn)電荷，所以C正確；通常把帶電小球看成點(diǎn)電荷，帶電小球靠得很近時(shí)，庫(kù)侖定律不再適用，所以D錯(cuò)誤點(diǎn)電荷只具有相對(duì)意義一個(gè)帶電體能否看作點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的，不能單憑其大小和形狀確定1(多選)關(guān)于元電荷和點(diǎn)電荷，下列說(shuō)法中正確的是()A電子就是元電荷B元電荷的電荷量等于電子或質(zhì)子所帶的電荷量C電子一定是點(diǎn)電荷D帶電小球也可能視為點(diǎn)電荷BD電子和質(zhì)子是實(shí)實(shí)在在的粒子，而元電荷只是一個(gè)電量單位，A錯(cuò)誤，B正確；帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不能以體積大小、電荷量多少而論，只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)，帶電體的形狀、大小等因素的影響可以忽略，即可視為點(diǎn)電荷，C錯(cuò)誤，D正確庫(kù)侖定律的理解1.探究影響電荷間相互作用力的因素實(shí)驗(yàn)原理如圖所示Fmgtan ，變大，F(xiàn)變大，變小，F(xiàn)變小實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象r變大，變小r變小，變大Q變大，變大Q變小，變小實(shí)驗(yàn)結(jié)論電荷間的相互作用力隨電荷間距離的增大而減小，隨電荷量的增大而增大2.庫(kù)侖定律的適用條件(1)真空(2)點(diǎn)電荷這兩個(gè)條件都是理想化的，在空氣中庫(kù)侖定律也近似成立3靜電力的大小計(jì)算和方向判斷(1)大小計(jì)算利用庫(kù)侖定律計(jì)算大小時(shí)，不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式，只代入q1、q2的絕對(duì)值即可(2)方向判斷在兩電荷的連線上，同種電荷相斥，異種電荷相吸【例2】(多選)兩個(gè)用相同材料制成的半徑相等的帶電金屬小球(可看成點(diǎn)電荷)，其中一個(gè)球的帶電量的絕對(duì)值是另一個(gè)的5倍，當(dāng)它們靜止于空間某兩點(diǎn)時(shí)，靜電力大小為F.現(xiàn)將兩球接觸后再放回原處，則它們間靜電力的大小可能為()AFBFCFDF思路點(diǎn)撥：(1)兩金屬小球所帶電荷的性質(zhì)不一定相同(2)兩金屬小球接觸后再放回原處時(shí)，所帶的電量、電性均相同BD設(shè)一個(gè)球的帶電量絕對(duì)值為Q，則另一個(gè)球的帶電量絕對(duì)值為5Q，此時(shí)Fk，若兩球帶同種電荷，接觸后再分開，兩球電量的絕對(duì)值為3Q，則兩球的庫(kù)侖力大小Fk.若兩球帶異種電荷，接觸后再分開，兩球電量的絕對(duì)值為2Q，此時(shí)兩球的庫(kù)侖力FkF.故B、D正確，A、C錯(cuò)誤應(yīng)用庫(kù)侖定律的三點(diǎn)注意(1)Fk，r指兩點(diǎn)電荷間的距離對(duì)可視為點(diǎn)電荷的兩個(gè)均勻帶電球，r為兩球心間距(2)當(dāng)兩個(gè)電荷間的距離r0時(shí)，電荷不能視為點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力不能認(rèn)為趨于無(wú)限大(3)不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式，庫(kù)侖力的方向可以根據(jù)“同性相斥、異性相吸”的規(guī)律判斷訓(xùn)練角度1.庫(kù)侖定律的適用條件2.如圖所示，兩個(gè)半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上，兩球面最近距離為r，帶等量異種電荷，電荷量為Q，兩球之間的靜電力為下列選項(xiàng)中的哪一個(gè)()A等于kB大于kC小于kD等于kB由于兩金屬球帶等量異種電荷，電荷間相互吸引，因此電荷在金屬球上的分布向兩球靠近的一面集中，電荷間的距離就要比3r小根據(jù)庫(kù)侖定律，靜電力一定大于k，正確選項(xiàng)為B.訓(xùn)練角度2.靜電力的計(jì)算3兩個(gè)分別帶有電荷量Q和3Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷)，固定在相距為r的兩處，它們間庫(kù)侖力的大小為F.兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?，則兩球間庫(kù)侖力的大小為()AF BF CF D12FB由庫(kù)侖定律知Fk，當(dāng)兩小球接觸后，帶電量均為Q，故后來(lái)庫(kù)侖力Fkk，由以上兩式解得FF，B項(xiàng)正確庫(kù)侖力的疊加及應(yīng)用1.庫(kù)侖力的特征(1)真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只跟兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量及間距有關(guān)，跟它們的周圍是否存在其他電荷無(wú)關(guān)(2)兩個(gè)電荷之間的庫(kù)侖力同樣遵守牛頓第三定律，與兩個(gè)電荷的性質(zhì)、帶電多少均無(wú)關(guān)，即互為作用力與反作用力的兩個(gè)庫(kù)侖力總是等大反向(3)庫(kù)侖力是電荷之間的一種相互作用力，具有自己的特性，與重力、彈力、摩擦力一樣是一種“性質(zhì)力”在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與其他力一樣，受力分析時(shí)不能漏掉，對(duì)物體的平衡或運(yùn)動(dòng)起著獨(dú)立的作用2庫(kù)侖力的疊加(1)對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的庫(kù)侖力，等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的庫(kù)侖力的矢量和(2)電荷間的單獨(dú)作用符合庫(kù)侖定律，求各庫(kù)侖力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則3帶電體在庫(kù)侖力作用下可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可能處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，解決這類問(wèn)題的一般方法是：(1)受力分析：除分析重力、接觸力之外，還要分析庫(kù)侖力的作用(2)狀態(tài)分析：通過(guò)分析確定帶電體是處于平衡狀態(tài)還是處于加速狀態(tài)(3)根據(jù)條件和物理規(guī)律列方程求解【例3】在真空中有兩個(gè)相距r的點(diǎn)電荷A和B，帶電荷量分別為q1q，q24q.(1)若A、B固定，在什么位置放入第三個(gè)點(diǎn)電荷q3，可使之處于平衡狀態(tài)？平衡條件中對(duì)q3的電荷量及正負(fù)有無(wú)要求？(2)若以上三個(gè)點(diǎn)電荷皆可自由移動(dòng)，要使它們都處于平衡狀態(tài)，對(duì)q3的電荷量及電性有何要求？思路點(diǎn)撥：(1)第(1)問(wèn)中，看q3是放在A、B的連線還是延長(zhǎng)線上，能滿足q3平衡的兩個(gè)力方向相反，然后用庫(kù)侖定律表示出兩個(gè)力即可(2)第(2)問(wèn)中，讓q3平衡可確定q3的位置，再讓q1或q2中的一個(gè)平衡，便可建三點(diǎn)電荷二力平衡等式確定q3的電荷量及電性解析(1)q3受力平衡，必須和q1、q2在同一條直線上，因?yàn)閝1、q2帶異種電荷，所以q3不可能在它們中間再根據(jù)庫(kù)侖定律，庫(kù)侖力和距離的平方成反比，可推知q3應(yīng)該在q1、q2的連線上，且在q1的外側(cè)(離帶電荷量少的電荷近一點(diǎn)的地方)，如圖所示設(shè)q3離q1的距離是x，根據(jù)庫(kù)侖定律和平衡條件列式：kk0將q1、q2的已知量代入得：xr，對(duì)q3的電性和電荷量均沒(méi)有要求(2)要使三個(gè)電荷都處于平衡狀態(tài)，就對(duì)q3的電性和電荷量都有要求，首先q3不能是一個(gè)負(fù)電荷，若是負(fù)電荷，q1、q2都不能平衡，也不能處在它們中間或q2的外側(cè)，設(shè)q3離q1的距離是L.根據(jù)庫(kù)侖定律和平衡條件列式如下：對(duì)q3：kk0對(duì)q1：kk0解上述兩方程得：q34q，Lr.答案(1)在q1的外側(cè)距離為r處，對(duì)q3的電性和電荷量均沒(méi)有要求(2)電荷量為4q帶正電三個(gè)電荷平衡問(wèn)題的處理技巧(1)利用好平衡條件：三個(gè)電荷均處于平衡狀態(tài)，每個(gè)電荷所受另外兩個(gè)電荷對(duì)它的靜電力等大反向，相互抵消(2)利用好口訣：“三點(diǎn)共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠(yuǎn)大”訓(xùn)練角度1.庫(kù)侖力的疊加4如圖所示，有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C位于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，已知A、B都帶正電荷，A所受B、C兩個(gè)電荷的靜電力的合力如圖中FA所示，則下列說(shuō)法正確的是()AC帶正電，且QCQBCC帶負(fù)電，且QCQBC因A、B都帶正電，所以靜電力表現(xiàn)為斥力，即B對(duì)A的作用力沿BA的延長(zhǎng)線方向，而不論C帶正電還是帶負(fù)電，A和C的作用力方向都必須在AC連線上，由平行四邊形定則知，合力必定為兩個(gè)分力的對(duì)角線，所以A和C之間必為引力，且FCAFBA，所以C帶負(fù)電，且QCQB.訓(xùn)練角度2.三個(gè)電荷的平衡問(wèn)題5兩個(gè)可自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷分別在A、B兩處，如圖所示A處電荷帶正電Q1，B處電荷帶負(fù)電Q2，且Q24Q1，另取一個(gè)可以自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷Q3，放在直線AB上，欲使整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則()AQ3為負(fù)電荷，且放于A左方BQ3為負(fù)電荷，且放于B右方CQ3為正電荷，且放于A與B之間DQ3為正電荷，且放于B右方A根據(jù)“兩同夾異”和“兩大夾小”的原則，Q3應(yīng)為負(fù)電荷，且放于A的左方，故選A.課 堂 小 結(jié)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.當(dāng)帶電體的形狀和大小對(duì)所研究的問(wèn)題的結(jié)果影響可忽略不計(jì)時(shí)，可將帶電體視為點(diǎn)電荷.2.庫(kù)侖定律適用于真空中、點(diǎn)電荷間的靜電力作用.3.庫(kù)侖力的大小可用公式Fk計(jì)算，方向可根據(jù)兩點(diǎn)電荷的電性判斷.4.帶電體在庫(kù)侖力作用下的平衡問(wèn)題可用力學(xué)中物體的平衡條件分析解決，只是此處要考慮物體所受的庫(kù)侖力.1對(duì)點(diǎn)電荷的理解，下列說(shuō)法正確的是()A只有帶電量為e的電荷才能叫點(diǎn)電荷B只有體積很小的電荷才能叫點(diǎn)電荷C體積很大的電荷一定不能看作點(diǎn)電荷D當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小及形狀對(duì)它們間的相互作用力的影響可忽略時(shí)，帶電體可以看成點(diǎn)電荷D點(diǎn)電荷是將帶電物體簡(jiǎn)化為一個(gè)帶電的點(diǎn)，物體能不能簡(jiǎn)化為點(diǎn)，不是看物體的體積大小和電量大小，而是看物體的形狀和大小對(duì)于兩個(gè)物體的間距能不能忽略不計(jì)，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確 2有兩個(gè)半徑為r的金屬球，相距為L(zhǎng)，帶電荷量分別為Q1、Q2，如圖所示，滿足條件Lr，則它們之間的靜電力是()A B C DC兩個(gè)帶電金屬球可以看作點(diǎn)電荷，它們間的距離為兩球心間的距離L2r，故根據(jù)庫(kù)侖定律得它們之間的靜電力為，C正確3.如圖所示，懸掛在O點(diǎn)的一根不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線下端有一個(gè)帶電荷量不變的小球A.在兩次實(shí)驗(yàn)中，均緩慢移動(dòng)另一帶同種電荷的小球B.當(dāng)B到達(dá)懸點(diǎn)O的正下方并與A在同一水平線上，A處于受力平衡時(shí)，懸線偏離豎直方向的角度為，若兩次實(shí)驗(yàn)中B的電荷量分別為q1和q2，分別為30和45，則為()A2B3C2D3C對(duì)A受力分析如圖所示，由庫(kù)侖定律得Fk；又rlsin ，F(xiàn)Gtan ，由以上各式可解得qB，因