高中物理第1章靜電場(chǎng)第2節(jié)靜電力庫(kù)倫定律課堂互動(dòng)教案魯科版選修

1、第2節(jié) 靜電力 庫(kù)侖定律課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析一、怎樣正確理解“點(diǎn)電荷”點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化的模型.類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在.如果帶電體間的距離比它們自身的線度大得多，以至于帶電體的形狀和大小對(duì)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(duì)問題有關(guān)鍵作用的電荷量，這樣的處理會(huì)使問題大為簡(jiǎn)化，對(duì)結(jié)果又沒有太大的影響，因此物理學(xué)上經(jīng)常用到此方法.一個(gè)帶電體能否看作點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問題而言的，不能單憑其大小和形狀確定.例如，一個(gè)半徑為10 cm的帶電圓盤，如果考慮它和10 m處某個(gè)電子的作用力，就完全可以把它看作點(diǎn)電荷；而如果這個(gè)電子離圓盤只有1 mm，

2、那么這一帶電圓盤又相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大的帶電平面.【例1】 下列哪些物體可視為點(diǎn)電荷()A.電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷B.均勻帶電的絕緣球體在計(jì)算庫(kù)侖力時(shí)可視為點(diǎn)電荷C.帶電的細(xì)桿在一定條件下可以視為點(diǎn)電荷D.帶電的金屬球一定不能視為點(diǎn)電荷解析：能否看成點(diǎn)電荷取決于帶電體間距離與它們自身的大小之間的關(guān)系，而不是取決于其他的條件.如果它們之間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)，這樣的帶電體就可以看作是點(diǎn)電荷.答案：BC二、庫(kù)侖定律1.庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較定律共同點(diǎn)區(qū)別影響大小的因素萬(wàn)有引力定律都與距離的平方成反比都有一個(gè)常量與兩個(gè)物體

3、的質(zhì)量有關(guān)m1、m2、r庫(kù)侖定律與兩個(gè)物體的電荷量有關(guān)Q1、Q2、r2.應(yīng)用庫(kù)侖定律解題應(yīng)注意的問題（1）在理解庫(kù)侖定律時(shí)，有人根據(jù)公式F=k,設(shè)想當(dāng)r0時(shí)，得出F的結(jié)論.從數(shù)學(xué)角度分析是正確的，但從物理角度分析，這一結(jié)論是錯(cuò)誤的.錯(cuò)誤的原因是：當(dāng)r0時(shí)兩電荷已失去了作為點(diǎn)電荷的前提條件，何況實(shí)際電荷都有一定大小，根本不會(huì)出現(xiàn)r0的情況.也就是r0時(shí)，不能再利用庫(kù)侖定律計(jì)算兩電荷間的相互作用力了.（2）將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向兩者分別進(jìn)行.即用公式計(jì)算庫(kù)侖力大小時(shí)，不必將表示電荷Q1、Q2的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中從而算出力的大?。涣Φ姆较蚋鶕?jù)同

4、種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引加以判斷.（3）要統(tǒng)一國(guó)際單位.（4）如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到另外兩個(gè)或更多的點(diǎn)電荷的作用力，可根據(jù)靜電力疊加的原理求出合力.【例2】 兩個(gè)相同的金屬小球，電荷量之比為17，相距為r、兩者接觸后再放回原來(lái)的位置，它們間的庫(kù)侖力可能變?yōu)樵瓉?lái)的_倍.解析：當(dāng)兩球帶同種電荷時(shí)，即q2=7q接觸后每球所帶電荷量q1=q2=q=4q,F=k當(dāng)兩球帶異種電荷時(shí)，即q2=-7q接觸后每球電荷量q1=q2=-=-3q,F=k,又因?yàn)镕=k解得：F=F，F(xiàn)= F.答案：或溫馨提示完全相同的異體球接觸時(shí)，其電荷量先中和后均分，由于題目沒有明確帶電性質(zhì)，故應(yīng)都考慮.本題強(qiáng)調(diào)的是金屬“小

5、”球，因此將其看作點(diǎn)電荷，應(yīng)用庫(kù)侖定律進(jìn)行計(jì)算.【例3】 兩個(gè)質(zhì)量分別是m1、m2的小球，各用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絲線懸掛在同一點(diǎn)，當(dāng)兩球分別帶同種電荷，且電荷量分別為q1、q2時(shí)，兩絲線張開一定的角度1，2，如圖1-2-1所示.則下列說法正確的是()圖1-2-1A.若m1m2，則12B.若m1m2，則12C.若m1m2，則12D.若q1q2，則12解析：這是一道帶電體平衡問題，分析方法仍然與力學(xué)中物體的平衡方法一樣.小球受到三個(gè)力的作用：重力、繩子拉力、靜電斥力.采用正交分解法并列出平衡方程得，k-F拉 sin=0,F拉 cos -mg=0，所以tan=，由此式可見，正確選項(xiàng)為B、C.答案：BC各個(gè)擊破

6、類題演練1真空中有三個(gè)點(diǎn)電荷，它們固定在邊長(zhǎng)為50 cm的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)電荷都是+210-6 C，求它們所受的庫(kù)侖力.解析：如下圖所示，每個(gè)點(diǎn)電荷都受到其他兩個(gè)點(diǎn)電荷的斥力，只求出其中一個(gè)點(diǎn)電荷受的庫(kù)侖力即可.以q3為研究對(duì)象，共受到F1和F2的作用，q1=q2=q3=q，相互間的距離r都相同.F1=F2=k=0.144 N根據(jù)平行四邊形定則，合力為F=2F1cos30=0.25 N.答案：0.25 N類題演練2如圖1-2-2所示，半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為+Q 的電荷，另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上，由于對(duì)稱性，點(diǎn)電荷受力為零，現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r（rR）

7、的一個(gè)小圓孔，則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為多少?方向如何?（已知靜電力常量k）圖1-2-2解析：由于球殼上帶電均勻，原來(lái)每條直徑兩端相等的一小塊圓面上的電荷對(duì)球心+q的力互相平衡.現(xiàn)在球殼上A處挖去半徑為r的小圓孔后，其他直徑兩端的電荷對(duì)球心+q的力仍互相平衡，剩下的就是與A相對(duì)稱的B處、半徑也等于r的一小塊圓面上電荷對(duì)它的力F，B處這一小塊圓面上的電荷量為：qb=由于半徑rR，可以把它看成點(diǎn)電荷.根據(jù)庫(kù)侖定律，它對(duì)中心+q的作用力大小為：F=，其方向由球心指向小孔中心.答案：k，方向由球心指向小孔中心類題演練3如圖1-2-3所示，帶電量分別為+q和+4q的兩個(gè)點(diǎn)電荷A、B相距L，求在何處放一個(gè)什么性質(zhì)的電荷，才可以使三個(gè)電荷都處于平衡狀態(tài)?圖1-2-3解析：A、B兩點(diǎn)電荷同性相斥，相互作用的靜電力均沿AB連線向外.若能平衡，第三個(gè)電荷C對(duì)A、B的作用力方向必沿A、B連線向內(nèi).故C必與A帶異性電，且在A、B連線上.設(shè)C帶電荷量為Q，距A為x，則距B為L(zhǎng)-x，對(duì)A、C分別列平衡方程.對(duì)A：對(duì)C：聯(lián)立解得：x=，Q=-q.答案：-q，置于距A點(diǎn)處變式提升如圖1-2-4所示，三個(gè)完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上.a和c帶正電，b帶負(fù)電，a所帶電荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四