高中物理 第1章 靜電場 第2節(jié) 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第2節(jié) 庫侖定律,,(教師參考) 一、教學目標 知識與技能 1.掌握庫侖定律,知道點電荷的概念,理解庫侖定律的含義及其公式表達,知道靜電力常量 2.會用庫侖定律的公式進行有關的計算 3.知道庫侖扭秤的實驗原理 過程與方法 通過演示讓學生探究影響電荷間相互作用力的因素,再得出庫侖定律 情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生的觀察和探索能力,,二、教學重點難點 教學重點 掌握庫侖定律及其適用條件 教學難點 會用庫侖定律的公式進行有關的計算 三、重難點突破方略 庫侖定律的突破方略 【實驗演示】 用與絲綢摩擦過的有機玻璃棒反復多次使大球O帶正電,再用絲線將小球懸于鐵架臺,與大球O之間的距離較近. 【教師演示1與設問】 將小球逐漸遠離大球O,如圖所示,并提問. (1)將小球與大球O的距離增大,偏角如何變化?,答案:偏角減小.,,(2)偏角越小,說明小球所受作用力如何變化?同時也說明小球所受作用力大小與兩球距離大小有什么關系? 答案:偏角越小,作用力越小,同時也說明小球所受作用力的大小隨兩球距離的增大而減小. 【教師演示2與設問】 保持大球O、小球所放位置不動,增大或減小大球O所帶電荷量. (1)大球O的帶電荷量增多,偏角如何變化? 答案:偏角增大. (2)偏角越大,說明小球所受作用力如何變化?同時也說明小球所受作用力大小與大球O的帶電荷量多少有什么關系? 答案:偏角越大,作用力越大,同時也說明小球所受作用力大小隨大球O帶電荷量的增多而增大. 【教師總結】 與電荷間相互作用力有關的因素 (1)兩電荷間距離:距離越近,電荷間相互作用力越大. (2)兩電荷電荷量:電荷量越大,電荷間相互作用力越大.,自主學習,課堂探究,達標測評,自主學習 課前預習感悟新知,,(教師參考) 情境鏈接一 在桌上放兩摞書,把一塊潔凈的玻璃板墊起來,使玻璃板離開桌面2～3 cm.在寬0.5 cm的紙條上畫出各種舞姿的人形,用剪刀把它們剪下來,放在玻璃板下面.然后再用一塊硬泡沫塑料在玻璃板上摩擦,就可以看到小紙人翩翩起舞了.如果實驗前用一根火柴把“跳舞區(qū)”烤一烤,實驗效果更好.用一塊硬泡沫塑料在玻璃板上摩擦是為了達到什么樣的目的?小紙人翩翩起舞是受到了什么力作用?,,信息 1.泡沫塑料摩擦玻璃板,使玻璃板摩擦起電;火柴烤過的跳舞區(qū)絕緣效果加強,電荷不易導走. 2.帶電的玻璃板使小紙人產生靜電感應. 3.玻璃板與小紙人之間有靜電力的作用,玻璃板上的電荷量變化,靜電力變化.,情境鏈接二 將兩個氣球充氣后掛起來,讓它們剛好碰在一起,如圖(a)所示.用毛織品分別摩擦兩個氣球相接觸的部分,如圖(b)所示.放開氣球后,觀察到兩個氣球不再碰在一起,而是向兩側偏離了,如圖(c)所示. 1.你能得到什么信息或結論,產生這個現象的原因是什么?,,信息 1.兩個氣球上被毛織品摩擦過的部分帶上相同電性的電荷,由于斥力的作用,使兩個氣球向兩側偏離. 2.氣球上的電荷量越多,氣球間相互作用力就越大.,2.若用毛織品摩擦使兩個氣球得到的電荷越多,兩個氣球向兩側偏離的角度是否越大?,教材梳理,一、探究影響電荷間相互作用力的因素 閱讀教材第5頁內容,了解影響電荷之間作用力的兩個因素.,越小,越大,增大,減小,想一想 教材第5頁的實驗是屬于探究性實驗,實驗應用的是控制變量法還是等效法? 答案:實驗應用了控制變量法.,二、庫侖定律 閱讀教材第6頁“庫侖定律”部分,大致說出庫侖定律的內容,知道點電荷的概念. 1.靜電力: 間的相互作用力叫靜電力,也叫庫侖力. 2.點電荷的特點 (1)帶電體間的距離比它們自身的大小 ; (2)帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對電荷之間的 的影響可以忽略.,電荷,大得多,作用力,3.內容,點電荷,乘積,二次方,連線,9.0109 Nm2/C2,,議一議 為什么說點電荷是一種理想化的物理模型? 答案:因為現實中沒有形狀和大小的帶電體是不存在的,所以說點電荷是一種理想化的物理模型. 三、疊加原理 分析教材第8頁“例題2”中點電荷q3的受力,說出求其合力所用的法則. 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電荷的作用力的 .,矢量和,自主檢測,1.(多選)庫侖定律的適用范圍是( ) A.真空中兩個帶電球體間的相互作用 B.真空中任意帶電體間的相互作用 C.真空中兩個點電荷間的相互作用 D.真空中兩個帶電體的大小遠小于它們之間的距離時的相互作用,CD,2.關于點電荷,下列說法正確的是( ) A.電子和質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一定能視為點電荷 C.帶電的細桿在一定條件下可以視為點電荷 D.帶電的金屬球一定不能視為點電荷,,解析:某一帶電體能否看做點電荷,不僅和帶電體本身有關,還取決于問題的性質和精度的要求,即需要具體問題具體分析;如果在研究的問題中,帶電體的形狀、大小以及電荷分布可以忽略不計,即可將它看做是一個點電荷.電子或質子因研究問題的不同,也不一定能看做點電荷,故選項A錯誤;在計算庫侖力時均勻帶電的絕緣球體在一定的條件下可視為點電荷,但也有不能視為點電荷的情況,故選項B錯誤;帶電的細桿在它的大小相比于研究的范圍來說可以忽略不計時,可以視為點電荷,故選項C正確;帶電的金屬球在它的大小相比于研究的范圍來說可以忽略不計時,可以視為點電荷,故選項D錯誤.,C,,C,A,,解析:庫侖定律適用于真空中兩個點電荷之間的相互作用力,選項A正確;兩帶電體非常接近時,由于會影響到兩帶電小球的電荷量的分布,不能使用庫侖定律,選項B錯誤;兩電荷間的作用力是一對相互作用力,大小相等,與電荷量是否相等無關,選項C錯誤;D選項中的兩個帶電金屬球的距離太近,影響了電荷的分布,庫侖定律不再適用,選項D錯誤.,課堂探究 核心導學要點探究,要點一,庫侖定律的理解及基本應用,【問題導引】 如圖所示,O是一個帶正電的物體. 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,比較小球在不同位置所受帶電體的作用力的大小;使小球處于同一位置,增大或減小小球所帶的電荷量,比較小球所受作用力的大小? 由探究可知哪些因素影響電荷間的相互作用力?這 些因素對作用力的大小有什么影響?,答案:圖中受力由大到小的三個位置的排序為P1,P2,P3;增大小球所帶的電荷量,小球受到的作用力增大;減小小球所帶的電荷量,小球受到的作用力減小.電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大,隨著電荷間距離的增大而減小.,【要點歸納】 1.庫侖力大小計算:利用庫侖定律計算靜電力時不必將表示電性的正、負號代入公式,只代入q1和q2的絕對值即可. 2.庫侖力方向判斷:利用同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來判斷. 注意: (1)庫侖定律只適用于真空中點電荷之間的相互作用. (2)兩個形狀規(guī)則的均勻球體相距較遠時可以看做點電荷;相距較近時不能看做點電荷,因為球體間的作用力會隨著電荷的分布而變化.,,B,?思路探究?(1)金屬小球A,B之間的靜電力能運用庫侖定律求解嗎? 答案:能.金屬小球A,B之間相距較遠,金屬小球A,B可以看做點電荷,能運用庫侖定律求解它們之間的靜電力. (2)開始時,金屬小球A,B是同種電荷還是異種電荷?C球與A接觸后再與B接觸,電荷分配規(guī)律如何? 答案:開始時,金屬小球A,B相互吸引,即帶異種電荷.相同金屬小球相互接觸后移開,同種電荷電荷量平分,異種電荷電荷量先中和再平分.,,物理模型 點電荷 (1)點電荷是只有電荷量,沒有大小、形狀的理想化模型,類似于力學中的質點,實際中并不存在. (2)一個帶電體能否看成點電荷,是相對于具體問題而言的,不能單憑其大小和形狀確定. (3)帶電體可看做點電荷的幾種情況 ①均勻帶電球體,半徑為R.a.若電荷分布不變,研究rR的任何點的電場分布時,可看成點電荷,與電荷量集中在球心的點等效;b.若電荷分布是可改變的,在附近放另一個電荷時,其表面電荷量的分布發(fā)生改變,就不能看成點電荷;c.若研究的位置離得很遠(r?R),就可以把球看成點電荷. ②板狀帶電體或桿狀帶電體,對于附近的其他電荷,均不能看成點電荷,只有研究的位置到帶電體的距離遠遠大于其線度時,才能當成點電荷處理.,,(教師備用) 變式:若兩金屬球A,B不能看做點電荷,通過上述過程,兩金屬球A,B間的作用力有怎樣的關系?,,,,例1-1:半徑為R的兩個較大勻質金屬球放在絕緣桌面上,若兩球都帶等量同種電荷Q時相互之間的庫侖力為F1,兩球帶等量異種電荷Q與-Q時庫侖力為F2,則( ) A.F1F2 B.F1F2 C.F1=F2 D.無法確定,B,,針對訓練1:(2016四川雅安中學期中)兩個完全相同的小金屬球(皆可視為點電荷),所帶電荷量之比為5∶1,它們在相距一定距離時相互作用的吸引力為F1,如果讓它們充分接觸后再放回各自原來的位置上,此時相互作用力變?yōu)镕2,則F1∶F2為( ) A.5∶2 B.5∶4 C.5∶6 D.5∶9,B,要點二,電荷的平衡問題,【問題導引】 當我們學習了電荷間的庫侖力后,經常會遇到帶電體間的平衡問題,例如三個點電荷在同一條直線上,在靜電力作用下處于平衡狀態(tài)時,每個點電荷都受其他兩個點電荷對它的靜電力作用. (1)它們的受力情況及滿足的關系如何?,答案：(2)它們遵循的規(guī)律為 ①三個點電荷的位置關系是“三者共線、兩同夾異”,即兩側的電荷電性相同,并都與中間電荷的電性相反. ②三個點電荷電荷量的關系是“兩大夾小、近小遠大”,即中間的電荷量最小,而兩側電荷中,電荷量較小的一個離中間電荷較近.,(2)它們的電性、位置有怎樣的規(guī)律?,(教師備用) 【要點歸納】 1.庫侖力可以與其他的力平衡,分析問題的思路與方法完全是力學問題的思路與方法. 2.分析庫侖力平衡的基本方法:(1)明確研究對象;(2)畫出研究對象的受力分析圖;(3)根據平衡條件列方程;(4)代入數據計算或討論.,,【例2】 如圖所示,真空中的兩帶電小球(可看做是點電荷),通過調節(jié)懸掛細線的長度使兩小球始終保持在同一水平線上,下列說法正確的是( ) A.若只增大r,則F1,F2都增大 B.若只增大m1,則θ1增大,θ2不變 C.若只增大q1,則θ1增大,θ2不變 D.若只增大q1,則θ1,θ2都增大,,?思維導圖?,D,,規(guī)律方法 帶電體平衡問題的一般處理方法 (1)一般的處理方法: ①受力分析:分清受什么力; ②狀態(tài)分析:平衡狀態(tài)還是其他狀態(tài); ③根據規(guī)律列方程求解.要熟練掌握庫侖定律.,,,AC,,例2-2:在真空中有兩個相距r的點電荷A和B,帶電荷量分別為q1=-q,q2=4q. (1)若A,B固定,在什么位置放入第三個點電荷q3,可使之處于平衡狀態(tài),平衡條件中對q3的電荷量及正負有無要求?,,,(2)若以上三個電荷皆可自由移動,要使它們都處于平衡狀態(tài),對q3的電荷量及電性有何要求? (3)若q1=q,第(2)問中的答案又如何?,,答案:見解析,針對訓練2:如圖電荷量為q1和q2的兩個點電荷分別位于P點和Q點.已知放在P,Q連線上某點R處的點電荷q受力為零,且PR=2RQ.則( ) A.q1=2q2 B.q1=4q2 C.q1=-2q2 D.q1=-4q2,,B,要點三,庫侖定律在動力學中的綜合應用,【問題導引】 庫侖定律給出了兩個點電荷間作用力的大小和方向,在由庫侖力參與下的帶電體的力學問題中,力學規(guī)律是否還成立,處理問題的方法怎樣? 答案:庫侖力是一種“性質力”,與重力、彈力、摩擦力一樣.在進行力的合成與分解時同樣遵循平行四邊形定則,遵循共點力的平衡條件、牛頓運動定律等力學基本規(guī)律.因此,處理庫侖力參與的力學問題實際就是力學規(guī)律方法的應用,不過增加了庫侖力而已.,,(教師備用) 【要點歸納】 對受力物體而言,庫侖力參與受力分析,應用牛頓第二定律可以確定合力與加速度的關系.,【例3】 如圖所示,在光滑絕緣的水平面上,固定著質量相等的三個小球a,b,c,三球在一條直線上,若釋放a球,a球初始加速度為-1 m/s2(向右為正),若釋放c球,c球初始加速度為3 m/s2,當釋放b球時,求b球的初始加速度.,,?思路探究? (1)由于不知道三球之間的作用力的大小和方向,我們可以用假設的方法討論各力的關系.若設a對b的作用力為Fab,b對a的作用力為Fba,則Fab與Fba之間存在什么關系? 答案:由牛頓第三定律可知Fab=-Fba. (2)運用(1)中設定力的方法,請寫出三球的合力的表達式. 答案:F合a=Fba+Fca,F合b=Fcb+Fab,F合c=Fbc+Fac. (3)在(2)的合力表達式中,由牛頓第三定律,你還能找出哪些作用力與反作用力的關系式? 答案:Fca=-Fac,Fcb=-Fbc.,,解析:設a的加速度為a,則a0=1 m/s2,由牛頓第二定律, 對a球有Fba+Fca=-ma0, 對c球有Fac+Fbc=3ma0, Fca和Fac為一對作用力和反作用力,即Fca=-Fac 同理-Fba=Fab,Fcb=-Fbc. 解得Fba+Fbc=2ma0,Fab+Fcb=-2ma0, 對b球有Fab+Fcb=mab,得ab=-2 m/s2.,答案:2 m/s2 方向向左,規(guī)律方法 庫侖力的特點 兩個點電荷之間的庫侖力遵循牛頓第三定律,不論電荷量大小如何,兩點電荷間庫侖力大小總是相等,方向相反.,,(教師備用) 例3-1:如圖所示,在光滑絕緣的水平面上沿一直線等距離排列三個小球A, B,C,三球質量均為m,A與B,B與C相距均為L(L比球半徑r大得多).若小球均帶電,且qA=+10q,qB=+q,為保證三球間距不發(fā)生變化,將一水平向右的恒力F作用于C球,使三者一起向右勻加速運動.求: (1)F的大小; (2)C球的電性和電荷量.,,,例3-2:長為L的絕緣細線下系一帶正電的小球,其帶電荷量為Q,懸于O點,如圖所示.當在O點另外固定一個正電荷時,如果球靜止在A處,則細線拉力是重力mg的兩倍.現將球拉至圖中B處(θ=60),放開球讓它擺動,問: (1)固定在O處的正電荷的帶電荷量為多少?,,,(2)球擺回到A處時懸線拉力為多少?,,答案：(2)3mg,,,(2)求乙球在速度最大時兩球之間的距離; (3)請定性地描述乙球在釋放后的運動情況(說明速度的大小變化及運動方向的變化情況).,(3)乙球先做遠離甲球的運動,速度先增大后減小,然后又反向做速度先增大后減小的運動,返回到釋放點B后,再重復前面的運動,之后就在B點和最遠點之間做往復運動.,答案：(2)2l0 (3)見解析,,(教師參考) 【教材探究】 教材P6,庫侖總結出的庫侖定律表達式與牛頓的萬有引力定律的表達式具有如此相同的形式,那么兩個定律有哪些異同點?,答案:,達標測評 隨堂演練檢測效果,C,1.已知點電荷A的電量是點電荷B的2倍,則A對B作用力大小跟B對A作用力大小的比值為( ) A.2∶1 B.1∶2 C.1∶1 D.不確定,,解析:A對B的作用力大小跟B對A的作用力大小是屬于作用力與反作用力,兩者大小相等,即1∶1,所以選項C正確,A,B,D錯誤.,,3.(2016甘肅省會寧縣一中期中)某同學為了探究影響電荷間相互作用力的因素,進行了以下的實驗: (1)如圖所示,M是一個放在絕緣支柱上帶正電的物體, 把系在絲線上的帶正電的輕質小球先后掛在P1,P2,P3位置, 發(fā)現絲線偏離豎直方向的角度逐漸變小.這個實驗結果說明 電荷之間的作用力 . (2)若實驗測得放在絕緣支柱上的帶電體的質量為M、帶電荷量為Q,帶電輕質小球質量為m、帶電荷量為q,處在P1位置時絲線與豎直方向的偏角為α,輕質小球與帶電體M的球心在同一水平線上,則輕質小球所受庫侖力的大小為 ,帶電體M所受庫侖力的大小為 .,,解析 :(1)實驗結果說明電荷之間的作用力隨著距離的增大而減小. (2)對小球受力分析,由平衡知識可知,輕質小球所受庫侖力的大小為mgtan α;因作用力是相互的,故帶電體M所受庫侖力的大小為mgtan α.,答案: (1)隨著距離的增大而減小 (2)mgtan α mgtan α,4.如圖所示,在一條直線上的三點分別放置QA=+310-9C,QB=-410-9C, QC=+310-9C的A,B,C點電荷,試求作用在點電荷A上的靜電力的大小.,,答案:9.910-4N,(教師參考) 課堂小結,,謝謝觀賞！,