2018_2019学年高中物理第一章静电场第2节库仑定律学案新人教版.docx

第2节库仑定律1了解点电荷、静电力内容2掌握库仑定律的内容和条件3理解库仑扭秤实验原理4掌握库仑力叠加、平衡原理一、探究影响电荷间相互作用力的因素1实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小2猜想：带电体之间的作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比二、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正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上2公式：Fk，其中k90109 Nm2/C2，叫做静电力常量3适用条件：(1)在真空中；(2)静止点电荷4点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看成带电的点，叫做点电荷三、库仑的实验1库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的角度比较静电力F大小的实验结果发现静电力F与距离r的平方成反比2库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个完全相同的金属小球接触，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比3静电力叠加原理：对于两个以上的点电荷，两个电荷间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变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单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和 判一判(1)两电荷的带电量越大，它们间的静电力就越大()(2)两电荷的带电量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大()(3)很小的带电体就是点电荷()提示：(1)电荷间的距离一定时，两电荷的带电量越大，它们间的静电力才越大(2)(3)点电荷是一种物理模型，是对实际带电体的抽象概括，实际中并不存在点电荷，但当带电体的大小形状可以忽略时，实际物体可以视为点电荷 想一想用干燥的纤维布分别与两张薄塑料片摩擦一下，然后将两张塑料片靠近会发现它们相互排斥，分析一下这其中的物理道理提示：两张薄塑料片与纤维布发生摩擦，摩擦后带上同种电荷，由于同种电荷相斥，所以表现为两张塑料片靠近时相互排斥 做一做如图所示的实验装置为库仑扭秤细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡，当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小，便可找到力F与距离r和电荷量q的关系这一实验中用到了下列哪些方法()微小量放大法极限法控制变量法逐差法ABC D提示：选B把微弱的库仑力转换放大成可以看得到的扭转角度，并通过扭转角度的大小找出力和距离的关系，是微小量放大法；保持电荷量不变，改变A和C的距离可得到F和r的关系，保持A和C的距离不变，改变电荷量q可得到F和q的关系，这是控制变量法故选项B正确对点电荷的理解1点电荷是物理模型：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电荷量的整数倍【题组过关】1(2018成都高二检测)关于点电荷的概念，下列说法正确的是()A当两个带电体的形状对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷B只有体积很小的带电体才能看做点电荷C体积很大的带电体一定不能看做点电荷D对于任何带电球体，总可以把它看做电荷全部集中在球心的点电荷解析：选A电荷的形状、体积和电荷量对分析的问题的影响可以忽略时，就可以看成是点电荷，所以A正确，B、C错误；当带电体之间的距离不是很大时，带电球体就不能看做电荷全部集中在球心的点电荷，因为此时带电体之间的作用力会影响电荷的分布，所以D错误2美国东部一枚火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心39B发射塔冲天而起这是美国未来载人航天工具“战神IX”火箭的第一次升空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“战神IX”火箭能被视为点电荷的是()A研究“战神IX”火箭外部与其相距1 m处的一个带电微粒之间的静电力B研究“战神IX”火箭与地球(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答案：B对库仑定律的理解和应用1适用范围：适用于真空中两个静止点电荷间的相互作用(1)在空气中库仑定律也近似成立(2)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，但我们可以用一组点电荷来替代实际的带电体，从而完成问题的求解(3)两个均匀带电球体间的库仑力也可利用库仑定律计算，此时，r应指两球体的球心间距2当多个带电体同时存在时，任意两个带电体间的作用仍遵守库仑定律任一带电体同时受到多个库仑力的作用时，可利用平行四边形定则求出其合力3库仑定律中的静电力常量k，只有在公式中各量采用国际单位制单位时，它的值才是90109 Nm2/C24库仑定律表明，库仑力与万有引力十分相似，都与距离的平方成反比对于某些问题可利用这一相似性，借助于类比的方法求解 命题视角1对库仑定律应用条件的考查(2018南平市检测)关于库仑定律，下列说法正确的是()A库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体B根据Fk，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大C带电量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍D库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷思路点拨 只有对真空中静止点电荷间的作用力，库仑定律才成立解析如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，即可将它看做是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷，故A错误两个带电体间的距离趋近于零时，带电体已经不能看成点电荷了，Fk已经不能适用，故B错误根据牛顿第三定律得：B受到的静电力和A受到的静电力大小相等，故C错误库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷，故D正确答案D 命题视角2对库仑定律的应用两个分别带有电荷量Q和3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为()AFBFCF D12F思路点拨 两球接触后电荷先中和后平分解析因为相同的两带电金属小球接触后，它们的电荷量先中和后均分，所以接触后两小球带电荷量均为QQ，由库仑定律得：接触前Fk，接触后Fkk，联立得FF，故选C答案C库仑定律的两个应用(1)计算两个可视为点电荷的带电体间的库仑力(2)分析两个带电球体间的库仑力两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，库仑定律也适用，二者间的距离就是球心间的距离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，若带同种电荷，由于排斥而作用距离变大，此时F)，两小球恰在同一水平线上，那么()A两球一定带异种电荷Bq1一定大于q2Cm1一定小于m2Dm1所受的库仑力一定大于m2所受的库仑力解析：选AC由于两带电小球相互吸引，所以一定带异种电荷，选项A正确设轻丝线与竖直方向的夹角为，根据平衡条件可得两球之间的库仑力Fmgtan ，因此m1gm2g，即m1m2，选项C正确10在粗糙绝缘的水平面上有一物体A带正电，另一带正电的物体B沿着以A为圆心的圆弧由P到Q缓慢地从物体A的正上方经过，若此过程中物体A始终保持静止，A、B两物体可视为质点且只考虑它们之间有库仑力的作用，则下列说法正确的是()A物体A受到地面的支持力先增大后减小B物体A受到地面的支持力保持不变C物体A受到地面的摩擦力先减小后增大D库仑力对物体B先做正功后做负功解析：选AC因PQ是以A为圆心的圆弧，在圆弧上各点B受的库仑力方向始终沿半径方向，与速度方向始终垂直，故物体B从P到Q过程中，库仑力不做功，D错而A、B两物体间的库仑力大小不变，但由于方向发生变化，且物体B从P到Q过程中，物体A受物体B的库仑力先是向右下方，再转为向正下方、最后向左下方，在所受库仑力方向为正下方时，物体A受地面的支持力最大，此时的摩擦力最小，故物体A受地面的支持力先增大后减小，受到地面的摩擦力先减小后增大，正确答案为A、C三、非选择题11(2018大连高二检测)如图所示，带电小球A和B放在倾角为30的光滑绝缘斜面上，质量为m1m21 g，所带电荷量q1q2107 C，A带正电，B带负电沿斜面向上的恒力F作用于A球，可使A、B一起运动，且保持间距d01 m不变，求F(g取10 m/s2)解析：两球相互吸引的库仑力：F库9103 N，A球和B球的加速度相同，隔离B球，由牛顿第二定律有F库m2gsin 30m2a把A球和B球看成整体，A、B间的库仑力为系统内力，由牛顿第二定律有F(m1m2)gsin 30(m1m2)a代入数据，由式得a4 m/s2，由式得F18102 N答案：18102 N12如图所示，一个半径为R的圆环均匀带电，ab为一段极小的缺口，缺口长为L(LR)，圆环带的电荷量为QL(正电荷)，在圆心处放置一带电荷量为q的负点电荷，试求负点电荷受到的库仑力的大小和方向解析：如图甲所示，在环上任取对称的两点(或两小段)P、Q，P对O点处的负电荷产生吸引力FP，同样Q对O点处的负电荷产生吸引力FQ，这两个力大小相同，方向相反，合力为零同理还可取P、Q等相互对称的点，都具有相同的结论而圆正是由无数这样的对称点组