高中物理 第一章 静电场 2 库仑定律导学案 教科版选修3-1

1、2库仑定律学习目标 1。了解探索电荷间作用力与电荷量和电荷间距离之间关系的实验过程。2.了解点电荷的概念。3.了解库仑定律的内容、公式和适用条件，并利用库仑定律进行相关计算。4.理解库仑扭转平衡实验。首先，探索影响点电荷间相互作用的因素(1)什么是点收费？实际带电体被视为点电荷的条件是什么？(2)O是带正电的物体，与丝线相连的带正电的球挂在P1、P2、P3和图1中的其他位置。图1(1)保持球的药量不变，将悬挂点依次从P1移到P3，作用在球上的力是如何变化的？解释什么？(2)如果球的位置保持不变，球携带的电荷增加或减少，作用在球上的力是如何变化的？解释什么？回答(1)点电荷是用来代替带电体的点。

2、当带电体的形状、大小和电荷分布对作用力的影响可以忽略时，带电体可以视为点电荷。(2) (1)作用在球上的力逐渐减小，表明带电体之间的力随着距离的增加而减小。(2)增加球携带的电荷量增加了球上的作用力；通过减少球携带的电荷，作用在球上的力减小。它表明电荷之间的作用力随着电荷的增加而增加。知识梳理1.点电荷(1)点电荷：当带电体之间的距离远大于它们自身的尺寸，从而可以忽略带电体的形状和电荷分布对它们之间作用力的影响时，这种带电体可以视为带电点，称为点电荷。(2)描述：(1)点电荷是一种理想化的模型，只有电荷，没有大小和形状，它类似于力学中的粒子，在实践中并不存在。带电体能否被视为点电荷并不取决于带

3、电体的大小，而是取决于它们的形状和大小与距离相比是否可以忽略。将带电体视为点电荷的先决条件是，带电体之间的距离远大于带电体本身的大小。(3)正确区分点电荷和元电荷：(1)元电荷是电子或质子携带的电荷值，它是电荷的最小值，没有正负之分。点电荷只是一个带电体，与大小和形状无关，它的电荷可以很大也可以很小，但必须是元电荷的整数倍。2.点电荷之间的作用力点电荷之间的力与电荷量和电荷之间的距离有关：电荷之间的相互作用力随着电荷的增加而增加，随着它们之间距离的增加而减小。判断下列陈述的真假。(1)只有带有少量电荷的带电体才能被视为点电荷。()(2)当两个带电体的大小远远小于它们之间的距离时，这两个带电体可

4、以视为点电荷。()(3)当球携带的电荷量不变时，离带电物体越远，导线偏离垂直方向的角度越大。()(4)当球处于同一位置时，球携带的电荷越大，线偏离垂直方向的角度就越大。()(5)电荷间的作用力随着电荷数量和电荷间距离的增加而增加。()第二，库仑定律库仑通过扭转平衡实验研究电荷之间的相互作用。设备使用什么方法来显示力？通过实验，两个带电体之间的力f和距离r之间有什么关系？实验的独创性体现在哪里？该装置通过悬丝的扭转角度来比较力。力越大，悬丝的扭转角越大。力与距离的平方成反比。实验的独创性：力被悬丝的扭转角放大；用同一个球接触来等分电荷，解决了电荷无法测量的问题。知识梳理1.库仑定律(1)内容：两

5、个静态点电荷之间的作用力(排斥和吸引)如果有两个以上的点收费，那么每个点收费必须由所有其他点收费。两点电荷之间的作用力不因第三点电荷的存在而改变。点电荷的作用力等于该点电荷上其他点电荷单独作用力的矢量和。判断下列陈述的真假。(1)根据f=k，当两个电荷之间的距离接近零时，静电力将趋于无穷大。()(2)如果点电荷q1的电荷大于q2的电荷，则q1至q2的静电力大于q2至q1的静电力。()(3)当点电荷q1为q2的库伦力时，q1对q2没有库伦力效应。()一、对库仑定律的理解和应用(1)库仑定律适用于点电荷之间的相互作用。当r0时，电荷不再被视为点电荷，库仑定律不再适用。(2)当两个规则带电球体相互靠

6、近时，它们不能视为点电荷。如果它们具有相同的电荷，如图2(a)所示，由于排斥，距离变大，此时f K .图2(3)两点电荷相互作用的库伦力遵循牛顿第三定律。不要认为电荷多的电荷对电荷少的电荷产生很大的作用力。实施例1两个导体球，正电荷为4.810-16C的球和负电荷为3.210-16C的球，被放置在距离10厘米的真空中，两个球的半径远小于10厘米。(结果保留了三个重要数字)(1)试着找出两个球之间的静电力，并解释它是吸引还是排斥。(2)如果两个导体球完全相同，并且它们在接触后被替换，那么两个球之间的作用力是多少？(3)两个不同体积的导体球能否相互接触，然后将它们放回原位？回答(1) 1.3810

7、-19N吸引(2) 5.7610-21N排斥(3)否分析(1)因为两个球的半径远小于10厘米，它们可以被认为是两点电荷。根据库仑定律，f=k=9.0109N 1.3810-19N。两个球有不同的电荷，它们之间的力是重力。(2)如果两个导体球相同，中和后电荷将平均分配，每个球的电荷量为810-17C，两个电荷之间的排斥力为f=5.7610-21N。(3)两个不同体积的导电球接触后，正负电荷相互中和，剩余电荷应分布在两个球之间。因为两个球是不同的，所以分布的电荷量是不相等的，所以两个球之间的力是无法计算的。当通过公式计算库仑力大小时，没有必要将代表电荷q1和q2充电特性的正负符号代入公式，而只需将

8、其电荷的绝对值代入即可。力的方向是根据相同电荷的排斥和不同电荷的吸引来判断的。二、库伦力的叠加(1)对于三个或三个以上的点电荷，每个点电荷的库仑力等于所有其他点电荷单独作用于其上产生的库仑力的矢量和。(2)电荷之间的独立作用符合库仑定律，计算库伦力的矢量和时采用平行四边形法则。实例2如图3所示，点电荷Q1=210-14c和Q2=-210-14c分别位于点a和b。在AB的垂直平分线上有一个点c，ab=AC=BC=610-2m。如果一个高能电子仍然位于c点，它的库伦力的大小和方向是什么？图3回答8.010-21N方向平行于AB连接线，并从B指向a如图所示，分析电子带负电荷，在C点，它们同时受到A点

9、和B点电荷的作用。根据库仑定律f=k，fa=k=9.0109n=8.010-21n，FB=k=8.010-21N。根据向量的平行四边形法则和几何知识，高能电子在C点上的库伦力为f=fa=FB=8.010-21n，方向平行于AB连线和从B到a的点.如图4所示的训练，有三个点电荷a，b和c位于一个等边三角形的三个顶点。众所周知，a和b都带正电荷，b和c电荷的静电力合力如图FA所示，所以下面的陈述I从解析上来说，因为甲和乙都带正电，所以静电力是排斥的，即乙对甲的作用力是沿着乙的延长线，无论丙是带正电还是带负电，甲和丙的作用力方向都必须在交流连接线上。根据平行四边形法则，合力必须是两个分量的对角线，所

10、以A和C之间必须有吸引力，FCAFBA，所以C带负电荷，QC m2， 1 2B.如果m1=m2， 1= 2C.如果m1 2d如果Q1=Q2， 1= 2回答BC分析以m1为研究对象，m1的受力分析如图所示。由公共点力平衡Tsin 1=f库Tcos1=m1g因此，tan 1=，同样tan 2=，因为不管q1和q2的大小，两个带电球的库伦力属于作用力和反作用力，它们总是相等的。因此，如果tan =已知，m大，tan 小，也小()，m相等，相等，因此选项B和C是正确的。在分析静电力作用下带电体的平衡问题时，该方法仍与力学中物体的平衡问题相同，常用的方法有综合法和正交分解法。1.(pops)以下陈述是正

11、确的()A.点电荷是一个理想化的模型，真实的点电荷不存在B.点电荷是体积小、电荷多的带电体C.在任何情况下，带有电荷的两个球体之间的作用力Q1和Q2可以用公式f=K来计算一个带电体能否被视为点电荷并不取决于它的大小，而是取决于它的形状和大小对所研究问题的影响是否可以忽略不计回答广告解析点电荷是一个理想化的模型。带电体能否被视为点电荷并不取决于它的大小，而是取决于具体的问题。这取决于它的形状和大小对相互作用力的影响是否可以忽略。因此，说大的带电体不能被视为点电荷，小的带电体必须被视为点电荷是错误的。a和D是对的。2.两个相同的金属球，电荷为-Q和3Q(均可视为点电荷)，固定在远离R的两个位置，它

12、们之间的库伦力为F。当两个球之间的固定距离变为时，两个球之间的库伦力变为()A.12F答案三从解析上讲，由于相同的两个带电金属球的电荷先被中和，然后在接触后被平均分配，所以两个球接触后的电荷都是Q=Q。根据库仑定律，接触前F=K，接触后F=K。F=F是同时得到的，所以c .3.如图6所示，边长为l的等边三角形ABC在顶点a和b处具有相同数量的点电荷QA、QB，QA=QB=q，并且计算顶点c处正点电荷QC的静电力。图6答案是，方向垂直于AB线如图所示，分析点C处正点电荷QC的力。质量保证和质量平衡对质量控制施加的力的大小和方向不会因其他电荷的存在而改变，仍然遵循库仑定律。QA对QC的作用力：fa

13、=k，相同的电荷相互排斥，QB对QC的作用力：FB=k，相同的电荷相互排斥，QA=QB=q，fa=FB，QC的力为f=fa=k，方向垂直于AB线。4.如图7所示，质量为3g的带电球b由绝缘绳悬挂。如果带有电荷q=-4.010-6c的带电球a靠近b，当两个带电球之间的距离r=20厘米且高度相同时，绳索与垂直方向成=30角，球a和b都静止不动。计算球b的电荷q(取g=10m/)图7答案-10-7c分析B球的受力情况，如图所示。根据共点力的平衡条件和几何关系，tsin30=FTcos30=mg解决方案是：f=mgtan30根据库仑定律，有：f=k解决方案：q=10-7c由于甲和乙之间的排斥，乙球带负

14、电，所以乙球的电荷为-10-7.首先是选择题(1 8题为选择题)1.tB.球形带电体可以视为点电荷C.点收费是元收费D.带电体是否可视为点电荷，应视具体情况而定答案D分析一个带电体是否可以视为点电荷是与具体问题有关的，不能仅仅根据它的大小、形状和带电量来判断，所以D是正确的，A和B是错误的；元电荷是电荷的数量，而点电荷是带电体的抽象。它们的内涵不同，所以C是错的。2.要将真空中两点电荷之间的库伦力增加到原来的4倍，以下方法是可行的()A.每个点电荷的电荷量增加到原来的两倍，电荷之间的距离保持不变b .保持点电荷的电荷量不变，将两个电荷之间的距离增加到原来的两倍C.一点电荷的电荷加倍，而另一点电

15、荷的电荷保持不变，两点电荷之间的距离减小到原来的距离d、保持点电荷的电荷数量不变，并将两点电荷之间的距离减小到原来的距离回答一根据库仑定律，当r是常数时，Q1和Q2都是两倍，f是四倍，a是正确的。同样，可以发现b、c和d中的f不满足条件，因此b、c和d是错误的。3.关于库仑定律的理解和应用，以下陈述是正确的()A.两点电荷的电荷分别是Q1和Q2，它们之间的距离是r。当两点电荷具有相同电荷时，它们之间的库仑力是f KB.两点电荷的电荷分别是Q1和Q2，距离是R。如果在它们之间放一块厚度略小于R的玻璃板，它们之间的库伦力是F=KC.真空中的一个固定点电荷A，电荷量为Q1，另一个点电荷b，电荷量为Q

16、2，以A为中心，作半径为R的匀速圆周运动，它们之间的库伦力为F=K根据f=k，当两个带电体非常接近时，例如，r接近0，它们之间的库伦力将是无限的答案三当用库仑定律计算两点电荷之间的作用力时，引力和斥力都适用，所以选项a是错误的；库仑定律的适用条件是真空中的点电荷。当中间有一块玻璃板(绝缘体)时，公式f=k不再适用，因此选项B是错误的。在选项D中，当R很小时，两个带电体不再被认为是点电荷，那么公式就不再适用，所以D是错误的。4.如图1所示，三个相同的金属球a、b和c位于等边三角形的三个顶点。a和c带正电，而b带负电，a的电荷量小于b的电荷量。众所周知，c受到a和b静电力的合力可以用图中四条有向线段之一表示，该线段应为()图1A.F1B.F2C.F3D