高中物理第9章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用2庫(kù)侖定律課件新人教版必修第三冊(cè)

2.庫(kù)侖定律課標(biāo)定位1.了解電荷之間的作用力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系。2.了解點(diǎn)電荷的概念,體會(huì)科學(xué)研究中的理想模型方法。3.知道庫(kù)侖定律的內(nèi)容及適用條件,會(huì)用庫(kù)侖定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。4.了解庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)。素養(yǎng)闡釋1.通過(guò)點(diǎn)電荷模型的建立過(guò)程,體會(huì)建立理想化模型的科學(xué)思維方法。2.體會(huì)探究庫(kù)侖定律建立過(guò)程中的思想和方法,培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。3.通過(guò)對(duì)庫(kù)侖定律的理解,用庫(kù)侖定律解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)一、電荷之間的作用力1.點(diǎn)電荷:當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí),這樣的帶電體可以看作帶電的點(diǎn),叫作點(diǎn)電荷。2.庫(kù)侖定律(1)內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上。(2)適用條件:①真空中;②靜止點(diǎn)電荷。3.兩帶電小球間的距離非常小時(shí),靜電力是否會(huì)無(wú)窮大?提示:當(dāng)r→0時(shí),兩帶電小球不能看作點(diǎn)電荷,庫(kù)侖定律不再適用,即兩帶電小球間的距離非常小時(shí),靜電力不為無(wú)窮大。二、庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)裝置庫(kù)侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置叫作庫(kù)侖扭秤。如圖所示,細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒,棒的一端是一個(gè)小球A,另一端通過(guò)物體B使絕緣棒平衡,懸絲處于自然狀態(tài)。把另一個(gè)帶電的金屬小球C插入容器并使它接觸A,從而使A與C帶同種電荷。將C和A分開(kāi),再使C靠近A,A和C之間的作用力使A遠(yuǎn)離。扭轉(zhuǎn)懸絲,使A回到初始位置并靜止,通過(guò)懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)改變A和C之間的距離r,記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度,就可以找到力F與距離的關(guān)系。(2)改變A和C所帶電荷量,記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度,就可以得出力F與電荷量的關(guān)系。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)力F與距離r的二次方成反比,即

。(2)力F與q1和q2的乘積成正比,即F∝q1q2。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論,可以得到

,式中k=9.0×109N·m2/C2,叫作靜電力常量。三、靜電力計(jì)算1.兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力不因第三個(gè)點(diǎn)電荷的存在而改變。2.兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力,等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的作用力的矢量和?！舅伎加懻摗?/p>

1.判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)探究電荷間的作用力與某一因素的關(guān)系時(shí),必須控制其他因素不變。(

)(2)只有電荷量很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷。(

)(3)根據(jù),當(dāng)兩電荷的距離趨近于零時(shí),靜電力將趨向無(wú)窮大。(

)(4)若點(diǎn)電荷A的電荷量大于B的電荷量,則A對(duì)B的靜電力大于B對(duì)A的靜電力。(

)√×××2.當(dāng)兩帶電球相距較近時(shí),不再適用,是否意味著兩球間不存在靜電力的作用?提示:當(dāng)r較小時(shí),不能用庫(kù)侖定律計(jì)算靜電力的大小,但二者間仍存在靜電力。3.庫(kù)侖利用扭秤實(shí)驗(yàn)研究電荷間的相互作用,該裝置利用什么方法顯示力的大小?通過(guò)實(shí)驗(yàn),兩帶電體間的作用力F與距離r的關(guān)系如何?實(shí)驗(yàn)的巧妙體現(xiàn)在何處?提示:該裝置通過(guò)懸絲扭轉(zhuǎn)的角度來(lái)比較力的大小,懸絲扭轉(zhuǎn)的角度越大,力越大。力F與距離r的二次方成反比。實(shí)驗(yàn)的巧妙之處體現(xiàn)在:①利用懸絲的扭轉(zhuǎn)角度把力放大;②利用相同球體接觸平分電荷量解決了無(wú)法測(cè)量電荷量的問(wèn)題。

合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三對(duì)點(diǎn)電荷的理解問(wèn)題引領(lǐng)如圖所示,兩質(zhì)量分布均勻,半徑為r的金屬球放在絕緣支架上,兩球面最近距離也為r。若計(jì)算兩球之間的萬(wàn)有引力大小,可否將兩金屬球看成質(zhì)點(diǎn)?若兩球帶等量異種電荷,分析兩球之間的靜電力時(shí),可否將兩球看成點(diǎn)電荷?提示:

可以

不可以

歸納提升1.點(diǎn)電荷是物理模型點(diǎn)電荷是只有電荷量,沒(méi)有大小、形狀的理想化模型,類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),實(shí)際并不存在。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.注意區(qū)分點(diǎn)電荷與元電荷(1)元電荷是最小的電荷量,其數(shù)值等于一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值。(2)點(diǎn)電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀,其電荷量可以很大也可以很小,但一定是元電荷的整數(shù)倍。典型例題【例題1】

關(guān)于點(diǎn)電荷,下列說(shuō)法正確的是(

)A.點(diǎn)電荷就是體積小的帶電體B.球形帶電體一定可以視為點(diǎn)電荷C.電荷量很小的帶電體一定可以視為點(diǎn)電荷D.大小和形狀對(duì)作用力的影響可忽略的帶電體可以視為點(diǎn)電荷答案:D解析:點(diǎn)電荷不能理解為體積很小的帶電體,也不能理解為電荷量很小的帶電體,A、C錯(cuò)誤。同一帶電體,有時(shí)可以看成點(diǎn)電荷,有時(shí)則不能,如當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小大得多,以致帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí),帶電體可以看成點(diǎn)電荷,否則就不能看成點(diǎn)電荷,帶電體能否看成點(diǎn)電荷,要依具體情況而定,B錯(cuò)誤,D正確。帶電體能否看成點(diǎn)電荷視具體問(wèn)題而定,不能單憑它的大小和形狀下結(jié)論。如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多,則帶電體的大小及形狀就可以忽略,此時(shí)帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。【變式訓(xùn)練1】

下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法正確的是(

)A.任何帶電體,都可以看成是電荷全部集中于一點(diǎn)的點(diǎn)電荷B.球狀帶電體一定可以看成點(diǎn)電荷C.點(diǎn)電荷就是元電荷D.一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷應(yīng)視具體情況而定答案:D解析:一個(gè)帶電體能否看成點(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及電荷量的多少來(lái)判斷,因此D正確,A、B錯(cuò)誤;元電荷是指電荷量,點(diǎn)電荷是帶電體的抽象,兩者的內(nèi)涵不同,所以C錯(cuò)誤。對(duì)庫(kù)侖定律的理解問(wèn)題引領(lǐng)O是一個(gè)帶正電的物體,把系在絲線上的帶正電的小球先后掛在圖中P1、P2、P3等位置。(1)保持小球的電荷量不變,將懸點(diǎn)由P1依次移至P3,小球所受作用力大小如何變化?說(shuō)明什么?(2)若保持小球位置不變,增大或減小小球的電荷量,小球所受作用力的大小如何變化?說(shuō)明什么?提示:(1)小球所受作用力逐漸減小,說(shuō)明帶電體間的作用力隨距離的增大而減小。(2)增大小球的電荷量,小球受到的作用力增大;減小小球的電荷量,小球受到的作用力減小。說(shuō)明帶電體之間的作用力隨著電荷量的增大而增大。歸納提升1.兩個(gè)點(diǎn)電荷間的靜電力(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)電荷的電荷量及間距有關(guān),跟它們的周?chē)欠翊嬖谄渌姾蔁o(wú)關(guān)。(2)兩個(gè)電荷之間的靜電力同樣遵守牛頓第三定律,即作用力與反作用力總是等大反向的。2.兩個(gè)帶電球體間的靜電力(1)兩個(gè)規(guī)則的均勻帶電球體,相距比較遠(yuǎn)時(shí),可以看成點(diǎn)電荷,庫(kù)侖定律適用,球心間的距離就是二者的距離。(2)兩個(gè)規(guī)則的帶電球體相距比較近時(shí),不能看成點(diǎn)電荷,此時(shí)兩帶電球體之間的作用距離會(huì)隨電荷量的改變而改變,即電荷的分布會(huì)發(fā)生改變。若帶同種電荷,如圖甲所示,兩帶電球體間的作用距離由于排斥而變大,此時(shí)

;若帶異種電荷,如圖乙所示,兩帶電球體間的作用距離由于吸引而變小,此時(shí)

。典型例題【例題2】

關(guān)于庫(kù)侖定律,下列說(shuō)法正確的是(

)A.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B.兩個(gè)帶電小球即使相距非常近,庫(kù)侖定律也適用C.若點(diǎn)電荷A的電荷量大于B的電荷量,則A對(duì)B的靜電力大于B對(duì)A的靜電力D.庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式相似,都是平方反比定律答案:D解析:點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體的模型,只有帶電體的大小和形狀對(duì)電荷的作用力影響很小時(shí),實(shí)際帶電體才能視為點(diǎn)電荷,故A錯(cuò)誤;兩個(gè)小球若距離非常近,則不能看成點(diǎn)電荷,庫(kù)侖定律不成立,故B錯(cuò)誤;兩電荷之間的靜電力是一對(duì)相互作用力,它們的大小相等,故C錯(cuò)誤;庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律(

)的表達(dá)式相似,研究的方法也很相似,都是平方反比定律,故D正確。庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較

【變式訓(xùn)練2】

使兩個(gè)完全相同的金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷)分別帶上-3Q和+5Q的電荷后,將它們固定在相距為a的兩點(diǎn),它們之間靜電力的大小為F1?，F(xiàn)用絕緣工具使兩小球相互接觸后,再將它們固定在相距為2a的兩點(diǎn),它們之間靜電力的大小為F2。則F1與F2之比為(

)A.2∶1 B.4∶1 C.16∶1 D.60∶1答案:D庫(kù)侖定律的應(yīng)用問(wèn)題引領(lǐng)已知空間中存在三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C,A對(duì)C的靜電力是否因B的存在而受到影響?A、B是否對(duì)C都有力的作用?如何求A、B對(duì)C的作用力?提示:A對(duì)C的靜電力不受B的影響,A、B對(duì)C都有力的作用,A、B對(duì)C的作用力等于A、B單獨(dú)對(duì)C的作用力的矢量和。歸納提升1.兩個(gè)點(diǎn)電荷間的靜電力計(jì)算靜電力的大小計(jì)算和方向判斷一般分開(kāi)進(jìn)行。(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:利用同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引來(lái)判斷。2.多個(gè)點(diǎn)電荷的靜電力疊加(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)電荷所受的靜電力,等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的靜電力的矢量和。(2)電荷間的單獨(dú)作用符合庫(kù)侖定律,求各靜電力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則。典型例題【例題3】

如圖所示,分別在A、B兩點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q1=+2×10-14C和Q2=-2×10-14C。在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C,且lAB=lAC=lBC=6×10-2m。如果有一電子在C點(diǎn)處,它所受的靜電力的大小和方向如何?答案:8.0×10-21N

方向平行于AB向左解析:電子在C點(diǎn)同時(shí)受A、B處點(diǎn)電荷的作用力FA、FB,如圖所示。由平行四邊形定則得,在C點(diǎn)的電子受到的靜電力F=FA=FB=8.0×10-21

N,方向平行于AB向左。某一帶電體同時(shí)受到多個(gè)靜電力作用時(shí)可利用力的平行四邊形定則求出其合力,但要明確各個(gè)靜電力的大小和方向,充分利用好幾何關(guān)系?！咀兪接?xùn)練3】

如圖所示,有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C分別位于一個(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(

)A.C帶正電,且QC<QBB.C帶正電,且QC>QBC.C帶負(fù)電,且QC<QBD.C帶負(fù)電,且QC>QB答案:C解析: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;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)分力所夾的對(duì)角線,所以A和C之間必為引力,且FCA<FBA,所以C帶負(fù)電,且QC<QB。課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)1.(對(duì)點(diǎn)電荷的理解)下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法,正確的是(

)A.點(diǎn)電荷一定是電荷量很小的電荷B.點(diǎn)電荷是一種理想化模型,實(shí)際不存在C.只有體積很小的帶電體,才能看成點(diǎn)電荷D.體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷答案:B解析:本題考查對(duì)點(diǎn)電荷物理模型的理解,培養(yǎng)物理觀念。當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,以至帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們的作用力影響可以忽略時(shí),這樣的帶電體就可以看成點(diǎn)電荷,與帶電體的電荷量大小與體積大小無(wú)關(guān),所以A、C、D錯(cuò)誤,B正確。2.(對(duì)庫(kù)侖定律的理解)兩個(gè)半徑為r的金屬球如圖放置,兩球表面間距離為r