9.2庫侖定律（學生版）高一物理講義（人教2019）

9.2庫侖定律【教學目標】一、知識與技能1．掌握庫侖定律，知道點電荷的概念，并理解真空中的庫侖定律。2．會用庫侖定律進行有關的計算。二、過程與方法1．滲透理想化方法，培養(yǎng)學生由實際問題進行簡化抽象建立物理模型的能力。2．滲透控制度量的科學研究方法。三、情感、態(tài)度與價值觀通過元電荷的教學，滲透物質(zhì)無限可分的辯證唯物主義觀點?！窘虒W重難點】重點：庫侖定律和庫侖力的教學。難點：關于庫侖定律的教學知識點一、電荷之間的作用力1.電荷之間的作用力（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成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。這個規(guī)律叫做庫侖定律。（2）電荷間這種相互作用力叫做靜電力或庫侖力。2.點電荷（1）定義：當帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷的分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體就可以看做帶電的點，叫做點電荷。（2）理想化的物理模型點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，實際上并不存在。（3）點電荷與元電荷的區(qū)別①元電荷是最小的電荷量②點電荷是帶電體，只是不考慮帶電體的大小和形狀，其帶的電荷量可以很大也可以很小，但一定是元電荷的整數(shù)倍?！窘?jīng)典例題1】（江蘇省蘇州市吳江汾湖高級中學20212022學年高二（上）期中物理試題）21.庫侖研究電荷之間的相互作用力跟什么因素有關，做了如下實驗：把一個帶正電的物體固定，然后將掛在絲線上帶正電的小球先后掛在、、處，發(fā)現(xiàn)情況如圖所示，由此，歸納得出的初步結論正確的是（）A.電荷之間的作用力大小隨距離增大而增大B.電荷之間的作用力大小與距離無關C.電荷之間的作用力大小隨距離的增大先增大后減小D.由于小球平衡時絲線與豎直方向夾角在減小，所以電荷之間的作用力大小隨距離增大而減小【變式訓練1】（吉林省白城市大安市第六中學20202021學年高二（上）期中物理試題）用控制變量法，可以研究影響電荷間相互作用力的因素.如圖所示，O是一個帶電的物體，若把系在絲線上的帶電小球先后掛在橫桿上的P1、P2、P3等位置，可以比較小球在不同位置所受帶電物體的作用力的大小。這個力的大小可以通過絲線偏離豎直方向的角度θ顯示出來。若物體O的電荷量用Q表示，小球的電荷量用q表示，物體與小球間距離用d表示，物體和小球之間的作用力大小用F表示。則以下對該實驗現(xiàn)象的判斷正確的是（）A.保持Q、q不變，增大d，則θ變大，說明F與d有關B.保持Q、q不變，減小d，則θ變大，說明F與d成反比C.保持Q、d不變，減小q，則θ變小，說明F與q有關D.保持q、d不變，減小Q，則θ變小，說明F與Q成正比【經(jīng)典例題2】（天津市南開翔宇學校20212022學年高二（上）期中物理試題）1.下列關于點電荷的說法正確的是A.不論帶電體多大，只要帶電體間距離遠大于它們的大小，就可看成是點電荷B.只要帶電體的體積很小，在任何情況下都可看做點電荷C.體積很大的帶電體，任何情況下都不可看做點電荷D.只有球形帶電體才能看作點電荷【變式訓練2】（天津市實驗中學濱海學校20212022學年高二（上）期中質(zhì)量監(jiān)測物理試題）1.物理學中，“質(zhì)點”、“點電荷”這兩個概念的建立所體現(xiàn)的共同的科學思維方法是（）A.比值法 B.等效替代法 C.理想化模型 D.控制變量法知識點二、庫侖的實驗庫侖做實驗用的裝置叫做庫侖扭秤。如圖所示，細銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的金屬小球A，另一端有一個不帶電的球與A所受的重力平衡。當把另一個帶電的金屬球C插入容器靠近A時，A和C之問的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。改變A與C之間距離，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找到力F與距離r的關系，實驗的結果是力F與距離r的二次方成反比，即F∝1/r2．在庫侖那個年代，還不知道怎樣測量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量的單位都沒有。庫侖發(fā)現(xiàn)，兩個相同的帶電金屬小球互相接觸后，它們對相隔同樣距離的第三個帶電小球的作用力相等，所以他斷定這兩個小球所帶的電荷量相等。如果把一個帶電金屬小球與另一個不帶電的完全相同的金屬小球接觸，前者的電荷量就會分給后者一半。庫侖就用這個方法，把帶電小球的電荷量分為q/2．q/4．q/8……，這樣庫侖巧妙地解決了小球的帶電量的測量問題?！窘?jīng)典例題1】（廣東省汕頭市潮陽區(qū)河溪中學20212022學年高二（上）期中考試物理試題）1.如圖為庫侖扭秤．細銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的金屬小球A，另一端有一個不帶電的球B，B與A所受的重力平衡．當把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時，A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小，改變A和C之間的距離r，記錄每次懸線扭轉(zhuǎn)的角度，便可找到力F與距離r的關系．這一實驗中用到了下列哪些物理方法（）①微小量放大法②極限法③比值定義法④控制變量法A.①② B.①③ C.①④ D.③④【變式訓練1】（北京市首都師范大學附屬蘋果園中學20212022學年高二（上）期中物理試題）18.在前人研究的基礎上，有一位物理學家利用圖所示的扭秤裝置進行研究，提出真空中兩個靜止點電荷之間相互作用的規(guī)律，這位物理學家是（）A.牛頓 B.伽利略 C.庫侖 D.焦耳知識點三、靜電力計算1.庫侖力的大?。?）表達式：，式中的k叫做靜電力常量，k=9.0×109N·m2/C2（4）定律的適用范圍：真空中兩個靜止點電荷。（5）如果一個點電荷同時受到兩個或更多的點電荷的作用力，可以根據(jù)力的合成求合力。2.同一直線上三個自由點電荷的平衡問題（1）三個點電荷的位置關系是“同性在兩邊，異性在中間”（2）三個點電荷中，中間點電荷的電荷量最小。兩邊同性點電荷中哪個點電荷的電荷量小，中間點電荷就距哪個近一些（3）三個點電荷的電荷量滿足【經(jīng)典例題1】（廣西桂林市第十九中學20212022學年高二（上）期中質(zhì)量檢測物理試題）2.兩個分別帶有電荷量為－Q和+3Q的相同金屬球（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?，F(xiàn)將兩球相互接觸后分開固定在相距為0.5r的兩處，則兩球間庫侖力的大小為（）A.F B.F C.F D.12F【變式訓練1】（海南省三亞華僑學校（南新校區(qū)）20212022學年高二（上）期中考試物理試題）3.兩個相同的帶異種電荷的導體小球（可視為點電荷）所帶電荷量的比值為1∶3，相距為r時相互作用的庫侖力的大小為F，今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處，則此時庫侖力的大小為（）A. B. C. D.【經(jīng)典例題2】（福建省廈門市大同中學20202021學年高二（上）11月期中物理試題）如圖所示，A、B、C三點為一直角三角形的三個頂點，，現(xiàn)在A、B兩點放置兩點電荷、，測得C點場強的方向與AB平行，且水平向左，則以下判斷正確的是（）①帶正電②帶負電③帶正電④帶負電A.①③ B.①④ C.②③ D.②④【變式訓練2】（云南省保山市昌寧縣20212022學年高二（上）期中考試物理試題）1.如圖所示，三個完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個頂點上，a和c帶正電，b帶負電，a所帶電量比b少，則圖中能大致表示c受到a和b的靜電力的合力的是（）A.F1 B.F2 C.F3 D.F4【經(jīng)典例題3】（廣西桂林市第十九中學20212022學年高二（上）期中質(zhì)量檢測物理試題）9.如圖所示，三個點電荷q1、q2、q3固定在一直線上，q2與q3的距離為q1與q2的距離的2倍，每個電荷所受靜電力的合力均為零，由此可以判定，三個電荷的電量之比q1：q2：q3為A.9:4:9 B.4:9:4 C.9:4:36 D.4:9:36【變式訓練3】（天津市第九中學20212022學年高二（上）期中物理試題）1.兩個可自由移動的點電荷分別放在A、B兩處，如圖，A處電荷帶正電Q1，B處電荷帶負電Q2，且Q2＝4Q1，另取一個可以自由移動的點電荷Q3放在AB直線上。欲使整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則（）A.Q3為負電荷，且放于A左方 B.Q3為負電荷，且放于B右方C.Q3為正電荷，且放于AB之間 D.Q3為正電荷，且放于B右方【經(jīng)典例題4】（多選）（云南省曲靖市羅平縣第五中學20212022學年高二（上）期中考試物理試題）10.如圖所示，真空中有兩個可視為點電荷的小球，其中A帶正電電量為Q1，固定在絕緣的支架上，B質(zhì)量為m，帶電量為Q2，用長為L的絕緣細線懸掛，兩者均處于靜止，靜止時懸線與豎直方向成θ角，且兩者處在同一水平線上，相距為R，靜電力常量為ｋ，重力加速度為g。以下說法正確的是（）A.小球B帶正電荷 B.細線的拉力為mgcosθC.小球受到的庫侖力是mgtanθ D.小球受到的庫侖力是【變式訓練4】（浙江省諸暨市海亮高級中學20212022學年高二（上）期中物理試題）3.如圖所示，兩根絕緣輕繩將兩個大小和材料均相同的帶正電小球（可視為質(zhì)點）系于同一點，A球靠在絕緣墻壁上，B球保持靜止狀態(tài)。兩球所帶電荷量分別為QA=2q和QB=4q?，F(xiàn)將B球與A球接觸后再次釋放，穩(wěn)定后兩球均靜止，下列說法中正確的是（）A.B球的電荷量不變B.輕繩對B球的拉力變大C.A、B兩球間庫侖力增大D.A、B兩球間距離增大【基礎過關】1.（安徽省淮南第一中學20202021學年高二（上）期中物理試題）1.關于點電荷，下列說法正確的是（）A.點電荷僅僅是一種理想化模型B.點電荷就是電荷量為的電荷C.只有體積很小的帶電體才能看成是點電荷D.當帶電體帶電量很少時，可看成點電荷2.（云南省曲靖市羅平縣第五中學20212022學年高二（上）期中物理試題）2.以下說法正確是()A.一帶負電的金屬小球放在潮濕的空氣中，一段時間后，發(fā)現(xiàn)該小球上帶的負電荷幾乎不存在了，這說明小球上原有的負電荷逐漸消失了B.元電荷的數(shù)值最早是由美國物理學家密立根測得的，元電荷跟一個電子電荷量數(shù)值相等C.只有體積很小的帶電體才能看成點電荷D.由公式知，當真空中的兩個電荷間的距離r→0時，它們之間的靜電力F→∞3.（貴州省貴陽市清鎮(zhèn)養(yǎng)正學校20202021學年高二（上）第一次月考物理試題）3.如圖所示，一帶正電的物體位于M處，用絕緣絲線系上帶正電的小球，分別掛在P1、P2、P3的位置，可觀察到小球在不同位置時絲線偏離豎直方向的角度不同．關于此實驗得出的結論，下列說法中正確的是（）A.電荷之間作用力的大小與兩電荷的帶電性質(zhì)有關B.電荷之間作用力的大小與兩電荷間的距離有關C.電荷之間作用力的大小與兩電荷所帶的電量無關D.電荷之間作用力的大小與絲線的長度有關4.（北京市首都師范大學附屬蘋果園中學20212022學年高二（上）期中物理試題）2.真空中有兩個點電荷，它們之間的靜電力為F，如果保持它們所帶的電荷量不變，將它們之間的距離增大為原來的2倍，則它們之間作用力的大小等于（）A.F B.2F C. D.【能力提升】1.（天津市第四十三中學20212022學年高二（上）期中物理試題）14.兩個完全相同的小金屬球，它們帶異種電荷，電荷量之比為5∶1（皆可視為點電荷），它們在相距一定距離時相互作用力為F1，如果讓它們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∶82.（多選）（云南省曲靖市羅平縣第五中學20212022學年高二（上）期中物理試題）9.在真空中有兩個點電荷，帶電量分別為、，相距為，它們之間的作用力為則（）A.若它們所帶的電量不變，距離變?yōu)?，則它們之間的作用力變?yōu)锽.若它們所帶的電量不變，距離變?yōu)椋瑒t它們之間的作用力變?yōu)镃.若它們之間的距離不變，電量都變?yōu)樵瓉淼?倍，則它們之間的作用力變?yōu)镈.若它們之間的距離不變，電量都變?yōu)樵瓉淼谋?，則它們之間的作用力變?yōu)?.（北京市首都師范大學附屬蘋果園中學20212022學年高二（上）期中物理試題）8.有兩個點電荷，帶電荷量分別為Q和q，相距為d，相互作用力為F，為了使它們之間的作用力加倍，下列做法可行的是（）A.僅使Q加倍 B.僅使q減小為原來的一半C.使Q和q都加倍 D.僅使d減為原來的一半4.（多選）（福建省廈門外國語學校石獅分校20212022學年高二（上）期中物理試題）9.如圖所示，光滑絕緣的水平桌面上，固定著一個帶電荷量為的小球，帶電荷量分別為和的小球和，由絕緣細桿相連，靜止在桌面上，與相距，、和視為點電荷，下列說法正確的是（）A.與的距離大于LB.、和在同一直線上C.在產(chǎn)生的電場中，、處的電勢相同D.、及細桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零【培優(yōu)拔尖】1.（河北省唐山市20202021學年高一（下）期末物理試題）6.如圖所示，水平桌面上放置一電子秤。一絕緣支架放在電子秤上，上端固定一帶電小球，穩(wěn)定后電子秤示數(shù)為?，F(xiàn)將另一固定于絕緣手柄一端的不帶電小球與球充分接觸后，再移至小球正上方處，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，電子秤示數(shù)為。把小球移走使其恢復到不帶電的狀態(tài)，然后再將小球與小球充分接觸并重新移至球正上方處，電子秤示數(shù)為，若兩小球完全相同，則下列結論正確的是（）A B.