2018-2019高中物理 第一章 靜電場 1.2 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、2庫侖定律,一、探究影響電荷間相互作用力的因素：1.實驗現(xiàn)象：(1)小球帶電量一定時，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度_____。(2)小球處于同一位置時，小球所帶的電荷量越大，絲線偏離豎直方向的角度_____。,越小,越大,2.實驗結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而_____，隨著距離的增大而_____。3.猜想：帶電體之間的作用力與它們電荷量的乘積成_____，與它們之間距離的二次方成_____。,增大,減小,正比,反比,二、庫侖定律1.庫侖力：電荷間的___________，也叫作靜電力。2.點電荷：帶電體間的距離比自身的大小_______，以致帶電體的_____、____

2、_及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可忽略時，可將帶電體看作_________，它是一種理想化的物理模型。,相互作用力,大得多,形狀,大小,帶電的點,3.庫侖定律：(1)內(nèi)容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積_______，與它們的距離的二次方_______，作用力的方向在_____________。(2)表達(dá)式：F=_______，k叫作靜電力常量，k=______________。(3)適用條件：真空中的_______。,成正比,成反比,它們的連線上,點電荷,4.靜電力的疊加原理：(1)兩個點電荷之間的作用力_____(選填“會”或“不會”)因第三個點電荷的存

3、在而有所改變。(2)兩個或兩個以上的點電荷對某一個點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的_______。,不會,矢量和,【思考辨析】(1)很小的帶電體就是點電荷。()(2)實際中不存在真正的點電荷。()(3)庫侖力是一種性質(zhì)力。()(4)庫侖力的大小與電性沒有關(guān)系。()(5)根據(jù)庫侖定律，只有兩點電荷電量相等時，它們間的庫侖力才相等。(),,提示：(1)。點電荷是自身大小比它們之間的距離小得多的帶電體，很小的帶電體在距離很近時不能看成點電荷，(1)錯誤。(2)√。點電荷是理想化模型，實際中并不存在，(2)正確。(3)√。庫侖力是按其本身的性質(zhì)定義的，是一種性質(zhì)力，(3)正確。,

4、,(4)√。電性影響庫侖力的方向(同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引)，不影響庫侖力的大小，(4)正確。(5)。兩個點電荷之間的庫侖力是一對相互作用力，不論它們的電荷量是否相等，它們之間的庫侖力大小一定相等，(5)錯誤。,,【生活鏈接】小明同學(xué)用圖中的裝置探究影響電荷間相互作用力的因素。帶電小球A、B之間的距離越近，擺角θ越大，這說明它們之間的庫侖力越大，這與庫侖定律是一致的。小明同學(xué)根據(jù)庫侖定律的表達(dá)式得出當(dāng)r→0時F→∞，這個結(jié)論成立嗎？為什么？,,提示：不成立，因為當(dāng)r→0時兩帶電體已不能看成點電荷，庫侖定律已不再成立。,知識點一點電荷探究導(dǎo)入：“嫦娥三號”月球探測器發(fā)射升空過程中由于與

5、大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電，如果這些靜電沒有及時導(dǎo)走，在研究“嫦娥三號”與地球(地球帶負(fù)電)的靜電力時，能否把“嫦娥三號”看成點電荷？為什么？,提示：由于“嫦娥三號”的大小比它與地球之間的距離小得多，它本身大小可以忽略，因此可以把它看成點電荷。,,【歸納總結(jié)】1.點電荷是物理模型：只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化的模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點，實際中并不存在。2.帶電體看成點電荷的條件：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，只保留對問題有關(guān)鍵作用的電荷量，帶電體就能看成點電荷。3.元電荷與點電荷：(1)元電荷是一

6、個電子或一個質(zhì)子所帶電荷量的絕對值，是電荷量的最小單位。(2)點電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀，是帶電個體，其帶電荷量可以很大也可以很小，但它一定是元電荷電荷量的整數(shù)倍。,【易錯提醒】點電荷只具有相對意義(1)點電荷是一個相對的概念，一個帶電體能否看作點電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定。(2)帶電體的線度比相關(guān)的距離小多少時才能看作點電荷，還與問題所要求的精度有關(guān)。,(3)從宏觀意義上討論電子、質(zhì)子等帶電粒子時，完全可以把它們視為點電荷。,【典題通關(guān)】【典例】(多選)下列關(guān)于點電荷的說法中正確的是()A.無論兩個帶電體多大，只要它們之間的距離遠(yuǎn)大于它們的大小，這兩個帶電

7、體就可以看作是點電荷,B.一個帶電體只要它的體積很小，則在任何情況下，都可以看作點電荷C.一個體積很大的帶電體，在任何情況下，都不能看作點電荷D.兩個帶電的金屬小球，不一定能將它們作為電荷集中在球心的點電荷處理,【正確解答】選A、D。無論兩帶電體自身大小怎樣，當(dāng)兩帶電體之間的距離遠(yuǎn)大于它們的大小時，帶電體本身的大小對于所研究的問題影響很小，可把帶電體看作點電荷，選項A正確，而選項C錯誤；盡管帶電體很小，但兩帶電體相距很近，以至于本身的大小和形狀對問題的影響不能忽略，兩帶電體也不能被看作點電荷，選項B錯誤；兩個帶電金屬小球，若離得很近，,兩球所帶的電荷在靜電力作用下會分布不均，電荷的分布影響到靜

8、電力的大小，若帶同種電荷，相互排斥，等效的點電荷間距大于球心距離；若帶異種電荷，相互吸引，等效的點電荷間距小于球心距離，因此，選項D正確。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于元電荷和點電荷，下列說法中正確的是()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.電子一定是點電荷D.帶電小球也可能視為點電荷,【解析】選B、D。電子和質(zhì)子是實實在在的粒子，而元電荷只是一個電量單位，A錯誤，B正確；帶電體能否看成點電荷，不能以體積大小、電荷量多少而論，只要在測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，即可視為點電荷，C錯誤，D正確。,2.美國東部一枚火箭從佛羅里達(dá)州肯尼迪

9、航天中心39B發(fā)射塔沖天而起。這是美國未來載人航天工具——“戰(zhàn)神I-X”火箭的第一次升空。升空過程中由于與大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電，如果這些靜電沒有被及時導(dǎo)走，下列情況中升空后的“戰(zhàn)神I-X”火箭能被視為點電荷的是(),A.研究“戰(zhàn)神I-X”火箭外部與其相距1m處的一個帶電微粒之間的靜電力B.研究“戰(zhàn)神I-X”火箭與地球(帶負(fù)電)之間的靜電力C.任何情況下都可視為點電荷D.任何情況下都不可視為點電荷,,【解析】選B。當(dāng)火箭離開地球較遠(yuǎn)時，火箭的大小相對火箭與地球之間的距離可忽略不計。電荷在火箭上的分布情況對研究火箭與地球間靜電力的作用可忽略不計，此時火箭可看作點電荷，選B。,,【補償訓(xùn)練】物理

10、學(xué)引入“點電荷”概念，從科學(xué)方法上來說是屬于()A.觀察實驗的方法B.控制變量的方法C.等效替代的方法D.建立物理模型的方法,,【解析】選D。點電荷是為了研究物理問題方便而引入的物理模型，是由實際物體抽象所得，D對。,知識點二庫侖定律的理解探究導(dǎo)入：如圖所示，可以探究電荷間的相互作用力大小的影響因素。,(1)掛在P1處的小球帶電量一定時，增大電荷量Q，發(fā)現(xiàn)細(xì)繩的偏角變大，則說明帶電小球所受庫侖力如何變化？該實驗說明電荷間相互作用力大小與什么因素有關(guān)？,(2)將三個質(zhì)量、帶電量都相同的帶電小球分別懸掛于P1、P2、P3處，在電荷Q作用下，發(fā)現(xiàn)它們的偏角如圖所示。則說明P1、P2、P3處的三個帶電

11、球所受Q的作用力逐漸變大還是變小？該實驗又說明電荷間相互作用力大小與什么因素有關(guān)？,提示：(1)細(xì)繩的偏角變大，說明帶電小球所受相互作用力變大。由于相互作用力變大是增大電荷量Q引起，則說明電荷間的相互作用力大小與電荷量大小有關(guān)，電荷量越大，相互作用力越大。,(2)P1、P2、P3處細(xì)繩的偏角逐漸減小，表明三個帶電球所受Q的相互作用力逐漸變小。由于它們距離Q逐漸變遠(yuǎn)，該實驗表明電荷間的庫侖力與它們間的距離有關(guān)，距離越大，庫侖力越小。,【歸納總結(jié)】1.庫侖定律的適用條件：(1)真空。(2)點電荷。這兩個條件都是理想化的，在空氣中庫侖定律也近似成立。,2.靜電力的大小計算和方向判斷：(1)大小計算。

12、利用庫侖定律計算大小時，不必將表示電性的正、負(fù)號代入公式，只代入q1、q2的絕對值即可。(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。,【易錯提醒】應(yīng)用庫侖定律的兩點注意(1)有人根據(jù)推出當(dāng)r→0時，F(xiàn)→∞，從數(shù)學(xué)角度分析似乎正確，但從物理意義上分析卻是錯誤的，因為當(dāng)r→0時，兩帶電體已不能看作點電荷，庫侖定律及其公式也就不再適用，不能利用公式計算靜電力大小了。,,(2)庫侖定律適用于真空中兩個點電荷的相互作用，但兩個均勻帶電球體相距較遠(yuǎn)時也可視為點電荷，r應(yīng)指兩球體的球心距離。,,【典題通關(guān)】【典例】(多選)兩個用相同材料制成的半徑相等的帶電金屬小球(可看成點電荷)，其中一個

13、球的帶電量的絕對值是另一個的5倍①，當(dāng)它們靜止于空間某兩點時，靜電力大小為F。現(xiàn)將兩球接觸后②再放回原處③，則它們間靜電力的大小可能為(),A.B.C.D.【審題關(guān)鍵】,【正確解答】選B、D。若兩電荷同性，設(shè)一個球的帶電量為Q，則另一個球的帶電量為5Q，此時，接觸后再分開，帶電量各為3Q，則兩球的庫侖力大小若兩電荷異性，接觸后再分開，兩球電量的絕對值為2Q，此時兩球的庫侖力故B、D正確，A、C錯誤。,【規(guī)律方法】電荷等量平分原理兩個完全相同的帶電體接觸時，若帶同種電荷則電荷量直接平均分配；若帶異種電荷則要先中和后平均分配。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2018濟(jì)寧高二檢測)相等的電荷量，相隔一定距離，兩

14、球之間相互吸引力的大小是F，今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球C先后與A、B兩球接觸后移開，這時A、B兩球之間的相互作用力的大小是()A.B.C.D.,【解析】選A。兩球相互吸引，說明帶異種電荷，設(shè)電荷量分別為q，假設(shè)A球帶正電，當(dāng)?shù)谌齻€不帶電的小球C與A球接觸后，A、C兩球帶的電荷量平分，每球帶電荷量為+，當(dāng)再把C球與B球接觸后，兩球的電量先中和，再平分，每球的帶電量為，由庫侖定律可知，當(dāng)移開C球后，由于r不變，所以A、B兩球之間的相互作用力的大小為F1=，故正確答案為A。,2.如圖所示，兩個質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼a與b，殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻，將它們分別固定于絕緣支座上，兩球心

15、間的距離為l，為球半徑的3倍。若使它們帶上等量異種電荷，兩球電量的絕對值均為Q，那么，a、b兩球之間的萬有引力F引、庫侖力F庫分別為(),A.F引=F庫=B.F引≠F庫≠C.F引≠F庫=D.F引=F庫≠,【解析】選D。萬有引力定律適用于兩個可看成質(zhì)點的物體，雖然兩球心間的距離l只有半徑的3倍，但由于殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻，兩球殼可看作質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點。因此，可以應(yīng)用萬有引力定律。對于a、b兩帶電球殼，由于兩球心間的距離l只有半徑的3倍，不能看成點電荷，不滿足庫侖定律的適用條件，故D正確。,【補償訓(xùn)練】1.真空中有兩個靜止的同種點電荷q1、q2，保持q1不動，釋放q2。q2只在q1的庫侖力

16、作用下運動，則q2在運動過程中受到的庫侖力()A.不斷增大B.不斷減小C.先增大后減小D.始終保持不變,,【解析】選B。帶電相同的點電荷受斥力作用，因此距離越來越遠(yuǎn)，由于電量保持不變，根據(jù)可知，距離增大、電場力將逐漸減小，故A、C、D錯誤，B正確。,,2.兩個分別帶有電荷量-Q和+3Q的相同金屬小球(均可視為點電荷)，固定在相距為r的兩處，它們間庫侖力的大小為F。兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?，則兩球間庫侖力的大小為()A.B.C.D.12F,,【解析】選C。由庫侖定律知，當(dāng)兩小球接觸后，帶電量分別為Q、Q，故后來庫侖力由以上兩式解得F′=C項正確。,知識點三庫侖定律的綜合應(yīng)用探究導(dǎo)入：如圖

17、，已知空間中存在三個點電荷A、B、C，請思考：(1)A對C的庫侖力是否因B的存在而受到影響？A、B是否對C都有力的作用？(2)如何求A、B對C的作用力？,提示：(1)如果存在兩個以上點電荷，那么每個點電荷都要受到其他所有點電荷對它的作用力。兩個點電荷之間的作用力不因第三個點電荷的存在而有所改變。(2)兩個或兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力，等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和。,,【歸納總結(jié)】1.庫侖力的特征：(1)真空中兩個靜止點電荷間相互作用力的大小只跟兩個點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關(guān)。(2)兩個電荷之間的庫侖力同樣遵守牛頓第三定律，與兩個電荷的性

18、質(zhì)、帶電多少均無關(guān)，即互為作用力與反作用力的兩個庫侖力總是等大反向。,,(3)庫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”。在實際應(yīng)用時，與其他力一樣，受力分析時不能漏掉，對物體的平衡或運動起著獨立的作用。2.多個點電荷的靜電力疊加：對于兩個以上的點電荷，其中每一個點電荷所受的總的靜電力等于其他點電荷分別單獨存在時對該電荷的作用力的矢量和。,,【典題通關(guān)】【典例】真空中相距3m的光滑絕緣平面上，分別放置兩個電荷量為-Q、+4Q的點電荷A、B，然后再在某一位置放置點電荷C，這時三個點電荷都處于平衡狀態(tài)，求C的電荷量以及相對A的位置。,,【正確解答】根

19、據(jù)題意，三個點電荷中每個點電荷都處于平衡狀態(tài)，由此可知，三個點電荷應(yīng)位于同一條直線上，設(shè)A、B如圖放置，為保證三個點電荷都平衡，經(jīng)代入數(shù)據(jù)分析可知，C應(yīng)放在A、B延長線左側(cè)，且C帶正電，設(shè)為qC，A、B之間距離為r，A、C之間距離為r′。,,則以A為研究對象，以B為研究對象，以C為研究對象，由以上任意兩個方程可得出qC=4Q，r′=r=3m。答案：4Q在AB延長線上(不包含B點)，距A3m處,【規(guī)律方法】三電荷平衡模型(1)模型構(gòu)建。①三個點電荷共線。②三個點電荷彼此間僅靠電場力作用達(dá)到平衡，不受其他外力。③任意一個點電荷受到其他兩個點電荷的電場力大小相等，方向相反，為一對平衡力。,,(2)模

20、型規(guī)律。①“三點共線”——三個點電荷分布在同一直線上。②“兩同夾異”——正負(fù)電荷相互間隔。③“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小。④“近小遠(yuǎn)大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2018南寧高二檢測)如圖所示，在光滑、絕緣的水平面上，沿一直線依次排列三個帶電小球A、B、C(可視為質(zhì)點)。若它們恰能處于平衡狀態(tài)，則這三個小球所帶電荷量及電性的關(guān)系，可能為下面的()A.-9q、4q、-36qB.4q、9q、36qC.-3q、2q、8qD.3q、-2q、6q,【解析】選A。據(jù)三個點電荷平衡規(guī)律：兩同夾異、兩大夾小，可知A、D可能正確。再由及rAC=rAB+rBC得其中QA、QB、

21、QC是電荷量的大小，代入可知，只有A正確。,2.(2018天水高二檢測)如圖所示，A和B均可視為點電荷，A固定在絕緣支架上，B通過絕緣輕質(zhì)細(xì)線連接在天花板上，由于二者之間庫侖力的作用，細(xì)線與水平方向成30角。A、B均帶正電，電荷量分別為Q、q，A、B處于同一高度，二者之間的距離為L。已知靜電力常量為k，重力加速度為g，則B的質(zhì)量為(),A.B.C.D.【解析】選D。根據(jù)庫侖定律，A、B之間的庫侖力F庫=以B為研究對象，在水平方向F庫=FTcos30，在豎直方向mg=FTsin30，聯(lián)立可得m=，D正確。,【補償訓(xùn)練】如圖，A、B兩個帶電小球用等長絕緣細(xì)線懸掛于O點，A球固定，B球受到庫侖力作用

22、與細(xì)線間成一定的夾角，若其中一個小球由于漏電，電荷量緩慢減小，則關(guān)于A、B兩球的間距和庫侖力大小的變化，下列說法中正確的是(),A.間距變小，庫侖力變大B.間距變小，庫侖力變小C.間距變小，庫侖力不變D.間距不變，庫侖力減小,【解析】選B。以小球B為研究對象，球受到重力G，A的斥力F2和線的拉力F1三個力作用，作出受力示意圖如圖；作出F1、F2的合力F，則由平衡條件得：F=G，根據(jù)△FBF2∽△OAB得：在其中一個小球帶電量逐漸減少的過程中，OB、OA、G均不變，AB減小，A、B間斥力F2變小，故B正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容：點電荷的勻速圓周運動【典例】(多選)真空中固定的正點電荷Q所形成的

23、電場中有一質(zhì)量為m=110-4kg、帶電荷量q=110-8C的微粒在此點電荷附近以角速度ω=10rad/s做勻速圓周運動，已知正點電荷Q的帶電荷量為410-5C。重力加速度g取10m/s2，且微粒的重力相對于電場力不能忽略。則下列判斷正確的是(),A.微粒一定帶負(fù)電B.微粒一定帶正電C.微粒做圓周運動的圓心就在正點電荷Q所在的位置D.微粒做圓周運動的圓心就在正點電荷Q正下方與Q的距離為0.1m的位置,【正確解答】選A、D。由題意知該微粒和點電荷之間有相互吸引的力，所以該微粒帶負(fù)電，即A正確，B錯誤；由題意知該微粒所受的重力不能忽略，則微粒做圓周運動的軌跡必不和點電荷在同一水平面內(nèi)，且圓心O在點

24、電荷的正下方，設(shè)其距點電荷的距離為H，如圖所示。則Fcosθ=mg，F(xiàn)sinθ=mω2R，由幾何知識知R=Htanθ，由以上各式解得：H==0.1m，即D正確。,物理模型構(gòu)建——點電荷模型1.建模背景：(1)抓住主要矛盾，突出主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型來簡化研究的問題，是物理學(xué)中常用的研究方法。,(2)如果兩個帶電體相距很遠(yuǎn)，它們之間的距離比它們每一個的線度大得多，其體積、形狀、電荷分布對研究的問題影響很小甚至沒有影響，這時可以忽略它的形狀和大小，近似地認(rèn)為每一個帶電體的電荷都集中在一個點上，可將帶電體看作點電荷。2.模型特點：沒有大小和形狀，且具有電荷量的理想化模型，類似于

25、力學(xué)中的質(zhì)點。,【案例示范】關(guān)于點電荷的下列說法正確的是()A.點電荷就是體積足夠小的電荷B.點電荷是電荷量和體積都很小的帶電體C.體積大的帶電體一定不能看成點電荷D.當(dāng)兩個帶電體的形狀和大小對它們之間相互作用力的影響可忽略時，這兩個帶電體可看成點電荷,【解析】選D。帶電體能否看成點電荷，不能以體積大小、帶電荷量多少而論。只要在測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，即可視為點電荷，故選項D正確。,【類題訓(xùn)練】(多選)下列說法正確的是()A.電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點電荷B.均勻帶電的絕緣球體在計算庫侖力時可視為點電荷C.帶電的細(xì)桿在一定條件下可以視為點電荷D.帶電

26、的金屬球一定不能視為點電荷,【解析】選B、C。帶電體能否視為點電荷，取決于其大小、形狀及電荷量分布對所研究問題的影響是否可以忽略不計。同一個帶電體可能在有的問題里面可視為點電荷，但在其他問題里面則不可以，故選項A、D錯誤，選項C正確。均勻帶電的絕緣球體帶電荷量的分布不受其他帶電體的影響，可等效為一個帶等量電荷、位于球心的點電荷，故選項B正確。,【補償訓(xùn)練】(多選)關(guān)于點電荷的下列說法中正確的是()A.真正的點電荷是不存在的B.點電荷是一種理想化模型C.足夠小的電荷就是點電荷D.球形帶電體都可以看作點電荷,【解析】選A、B。點電荷是一種理想化模型，帶電體的形狀和大小，對研究結(jié)果的影響可以忽略時，才可將帶電體看作點電荷，并不是由帶電體的帶電量大小或形狀完全決定的，故選項A、B正確，選項C、D錯誤。,