2019_2020學年高中物理第1章電場第2節(jié)探究靜電力學案粵教版.docx

第二節(jié)探究靜電力學習目標1.了解點電荷，知道實際帶電體簡化為點電荷的條件(重點)2.了解探究電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的關系的實驗過程3.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件(重點)4.會用庫侖定律進行有關的計算(難點)5.了解庫侖扭秤實驗一、點電荷1點電荷：物理上把本身的大小比相互之間的距離小得多的帶電體稱為點電荷2點電荷是理想化的物理模型，只有電荷量，沒有大小、形狀，類似于力學中的質(zhì)點，實際不存在(選填“存在”或“不存在”)二、庫侖定律1基本方法：控制變量法(1)探究電荷間的作用力的大小跟距離的關系電荷量不變時，電荷間的距離增大，作用力減??；距離減小，作用力增大(2)探究電荷間作用力的大小跟電荷量間的關系電荷間距離不變時，電荷量增大，作用力增大；電荷量減小，作用力減小2庫侖定律(1)內(nèi)容：在真空中兩個點電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們間的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上(2)公式：Fk，k叫靜電力常量，數(shù)值k9.0109Nm2/C21正誤判斷(1)體積很小的帶電體都能看做點電荷()(2)庫侖定律適用于點電荷，點電荷其實就是體積很小的球體()(3)相互作用的兩個點電荷，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()(4)庫侖定律是庫侖在前人工作的基礎上通過實驗總結(jié)出來的規(guī)律()2下列關于點電荷的說法正確的是()A體積大的帶電體一定不能看作點電荷B點電荷的電荷量一定是1.61019 CC點電荷是一個理想化模型D研究帶電體的相互作用時，所有帶電體都可以看作點電荷C當帶電體的形狀和大小對所研究的問題的結(jié)果影響可忽略不計時，可將帶電體視為點電荷，故A錯誤；點電荷是將帶電物體簡化為一個帶電的點，元電荷為1.61019 C，是電量的最小值，點電荷的值可以等于元電荷，也可以是元電荷的整數(shù)倍，故B錯誤；點電荷是理想化的物理模型，故C正確；研究帶電體的相互作用時，并不所有帶電體都可以看作點電荷，只有滿足條件的帶電體才能視為點電荷，故D錯誤3(多選)對于庫侖定律，下列說法正確的是()A凡計算真空中兩個點電荷間的相互作用力，都可以使用公式FkB兩個帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律C相互作用的兩個點電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們之間的庫侖力大小一定相等D當兩個半徑為r的帶電金屬球中心相距為4r時，對于它們之間的靜電作用力大小，只取決于它們各自所帶的電荷量AC庫侖定律適用于真空中的兩個點電荷，當兩個帶電小球離得非常遠時，可以看成點電荷來處理，而非常近時帶電體的電荷分布會發(fā)生變化，不再均勻，故不能用庫侖定律來解題兩點電荷間的力是作用力和反作用力所以A、C正確點電荷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，但它一定是一個元電荷電荷量的整數(shù)倍【例1】關于點電荷，下列說法正確的是()A體積小的帶電體在任何情況下都可以看成點電荷B所有的帶電體在任何情況下都可以看成點電荷C帶電體的大小和形狀對研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計時，帶電體可以看成點電荷D通常把帶電小球看成點電荷，帶電小球靠得很近時，它們之間的作用力為無限大C電荷的形狀、體積對分析的問題的影響可以忽略時，就可以看成是點電荷，所以體積很大的帶電體也有可能看成是點電荷，體積小的帶電體有時不能看作點電荷，所以A錯誤；電荷的形狀、體積對分析問題的影響可以忽略時，就可以看成是點電荷，并不是所有帶電體都能看作點電荷，所以B錯誤；帶電體的大小和形狀對研究它們之間的作用力的影響可以忽略不計時，帶電體可以看成點電荷，所以C正確；通常把帶電小球看成點電荷，帶電小球靠得很近時，庫侖定律不再適用，所以D錯誤點電荷只具有相對意義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1(多選)關于元電荷和點電荷，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BD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正確庫侖定律的理解1.探究影響電荷間相互作用力的因素實驗原理如圖所示Fmgtan ，變大，F(xiàn)變大，變小，F(xiàn)變小實驗現(xiàn)象r變大，變小r變小，變大Q變大，變大Q變小，變小實驗結(jié)論電荷間的相互作用力隨電荷間距離的增大而減小，隨電荷量的增大而增大2.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3靜電力的大小計算和方向判斷(1)大小計算利用庫侖定律計算大小時，不必將表示電性的正、負號代入公式，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【例2】(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)，其中一個球的帶電量的絕對值是另一個的5倍，當它們靜止于空間某兩點時，靜電力大小為F.現(xiàn)將兩球接觸后再放回原處，則它們間靜電力的大小可能為()AFBFCFDF思路點撥：(1)兩金屬小球所帶電荷的性質(zhì)不一定相同(2)兩金屬小球接觸后再放回原處時，所帶的電量、電性均相同BD設一個球的帶電量絕對值為Q，則另一個球的帶電量絕對值為5Q，此時Fk，若兩球帶同種電荷，接觸后再分開，兩球電量的絕對值為3Q，則兩球的庫侖力大小Fk.若兩球帶異種電荷，接觸后再分開，兩球電量的絕對值為2Q，此時兩球的庫侖力FkF.故B、D正確，A、C錯誤應用庫侖定律的三點注意(1)Fk，r指兩點電荷間的距離對可視為點電荷的兩個均勻帶電球，r為兩球心間距(2)當兩個電荷間的距離r0時，電荷不能視為點電荷，它們之間的靜電力不能認為趨于無限大(3)不必將表示電性的正、負號代入公式，庫侖力的方向可以根據(jù)“同性相斥、異性相吸”的規(guī)律判斷訓練角度1.庫侖定律的適用條件2.如圖所示，兩個半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上，兩球面最近距離為r，帶等量異種電荷，電荷量為Q，兩球之間的靜電力為下列選項中的哪一個()A等于kB大于kC小于kD等于kB由于兩金屬球帶等量異種電荷，電荷間相互吸引，因此電荷在金屬球上的分布向兩球靠近的一面集中，電荷間的距離就要比3r小根據(jù)庫侖定律，靜電力一定大于k，正確選項為B.訓練角度2.靜電力的計算3兩個分別帶有電荷量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()AF BF CF D12FB由庫侖定律知Fk，當兩小球接觸后，帶電量均為Q，故后來庫侖力Fkk，由以上兩式解得FF，B項正確庫侖力的疊加及應用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，跟它們的周圍是否存在其他電荷無關(2)兩個電荷之間的庫侖力同樣遵守牛頓第三定律，與兩個電荷的性質(zhì)、帶電多少均無關，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庫侖力的疊加(1)對于三個或三個以上的點電荷，其中每一個點電荷所受的庫侖力，等于其余所有點電荷單獨對它作用產(chǎn)生的庫侖力的矢量和(2)電荷間的單獨作用符合庫侖定律，求各庫侖力的矢量和時應用平行四邊形定則3帶電體在庫侖力作用下可能處于靜止狀態(tài)，也可能處于加速運動狀態(tài)，解決這類問題的一般方法是：(1)受力分析：除分析重力、接觸力之外，還要分析庫侖力的作用(2)狀態(tài)分析：通過分析確定帶電體是處于平衡狀態(tài)還是處于加速狀態(tài)(3)根據(jù)條件和物理規(guī)律列方程求解【例3】在真空中有兩個相距r的點電荷A和B，帶電荷量分別為q1q，q24q.(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)若以上三個點電荷皆可自由移動，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？思路點撥：(1)第(1)問中，看q3是放在A、B的連線還是延長線上，能滿足q3平衡的兩個力方向相反，然后用庫侖定律表示出兩個力即可(2)第(2)問中，讓q3平衡可確定q3的位置，再讓q1或q2中的一個平衡，便可建三點電荷二力平衡等式確定q3的電荷量及電性解析(1)q3受力平衡，必須和q1、q2在同一條直線上，因為q1、q2帶異種電荷，所以q3不可能在它們中間再根據(jù)庫侖定律，庫侖力和距離的平方成反比，可推知q3應該在q1、q2的連線上，且在q1的外側(cè)(離帶電荷量少的電荷近一點的地方)，如圖所示設q3離q1的距離是x，根據(jù)庫侖定律和平衡條件列式：kk0將q1、q2的已知量代入得：xr，對q3的電性和電荷量均沒有要求(2)要使三個電荷都處于平衡狀態(tài)，就對q3的電性和電荷量都有要求，首先q3不能是一個負電荷，若是負電荷，q1、q2都不能平衡，也不能處在它們中間或q2的外側(cè)，設q3離q1的距離是L.根據(jù)庫侖定律和平衡條件列式如下：對q3：kk0對q1：kk0解上述兩方程得：q34q，Lr.答案(1)在q1的外側(cè)距離為r處，對q3的電性和電荷量均沒有要求(2)電荷量為4q帶正電三個電荷平衡問題的處理技巧(1)利用好平衡條件：三個電荷均處于平衡狀態(tài)，每個電荷所受另外兩個電荷對它的靜電力等大反向，相互抵消(2)利用好口訣：“三點共線，兩同夾異，兩大夾小，近小遠大”訓練角度1.庫侖力的疊加4如圖所示，有三個點電荷A、B、C位于一個等邊三角形的三個頂點上，已知A、B都帶正電荷，A所受B、C兩個電荷的靜電力的合力如圖中FA所示，則下列說法正確的是()AC帶正電，且QCQBCC帶負電，且QCQBC因A、B都帶正電，所以靜電力表現(xiàn)為斥力，即B對A的作用力沿BA的延長線方向，而不論C帶正電還是帶負電，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，合力必定為兩個分力的對角線，所以A和C之間必為引力，且FCAFBA，所以C帶負電，且QCQB.訓練角度2.三個電荷的平衡問題5兩個可自由移動的點電荷分別在A、B兩處，如圖所示A處電荷帶正電Q1，B處電荷帶負電Q2，且Q24Q1，另取一個可以自由移動的點電荷Q3，放在直線AB上，欲使整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則()AQ3為負電荷，且放于A左方BQ3為負電荷，且放于B右方CQ3為正電荷，且放于A與B之間DQ3為正電荷，且放于B右方A根據(jù)“兩同夾異”和“兩大夾小”的原則，Q3應為負電荷，且放于A的左方，故選A.課 堂 小 結(jié)知 識 脈 絡1.當帶電體的形狀和大小對所研究的問題的結(jié)果影響可忽略不計時，可將帶電體視為點電荷.2.庫侖定律適用于真空中、點電荷間的靜電力作用.3.庫侖力的大小可用公式Fk計算，方向可根據(jù)兩點電荷的電性判斷.4.帶電體在庫侖力作用下的平衡問題可用力學中物體的平衡條件分析解決，只是此處要考慮物體所受的庫侖力.1對點電荷的理解，下列說法正確的是()A只有帶電量為e的電荷才能叫點電荷B只有體積很小的電荷才能叫點電荷C體積很大的電荷一定不能看作點電荷D當兩個帶電體的大小及形狀對它們間的相互作用力的影響可忽略時，帶電體可以看成點電荷D點電荷是將帶電物體簡化為一個帶電的點，物體能不能簡化為點，不是看物體的體積大小和電量大小，而是看物體的形狀和大小對于兩個物體的間距能不能忽略不計，故A、B、C錯誤，D正確 2有兩個半徑為r的金屬球，相距為L，帶電荷量分別為Q1、Q2，如圖所示，滿足條件Lr，則它們之間的靜電力是()A B C DC兩個帶電金屬球可以看作點電荷，它們間的距離為兩球心間的距離L2r，故根據(jù)庫侖定律得它們之間的靜電力為，C正確3.如圖所示，懸掛在O點的一根不可伸長的絕緣細線下端有一個帶電荷量不變的小球A.在兩次實驗中，均緩慢移動另一帶同種電荷的小球B.當B到達懸點O的正下方并與A在同一水平線上，A處于受力平衡時，懸線偏離豎直方向的角度為，若兩次實驗中B的電荷量分別為q1和q2，分別為30和45，則為()A2B3C2D3C對A受力分析如圖所示，由庫侖定律得Fk；又rlsin ，F(xiàn)Gtan ，由以上各式可解得qB，因