《探究靜電力》學(xué)案

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1、 探究靜電力 學(xué)案 【例1】一根置于水平面上的光滑玻璃管（絕緣體），內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的彈性金屬球A、B，帶電量分別為9Q和－Q，從圖示位置由靜止開始釋放，問：兩球再次經(jīng)過(guò)圖中位置時(shí)，兩球的加速度是釋放時(shí)的多少倍？ 【解析】彈性金屬小球在玻璃管中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是這樣的：（1）在它們之間庫(kù)侖引力作用下的相向加速運(yùn)動(dòng)，由于兩球完全相同，故它們?cè)谌我鈺r(shí)刻加速度的大小相等；（2）碰撞過(guò)程中電荷量的重新分配，結(jié)果是兩球帶上了等量同種電荷；（3）在它們之間庫(kù)侖斥力作用下的反方向的加速運(yùn)動(dòng)，在任意時(shí)刻加速度的大小仍相等。 設(shè)：圖示位置A、B兩球的距離為r，球的質(zhì)量為m，它們之間相互作用的

2、庫(kù)侖力大小為F1，則： 此時(shí)A、B兩球加速度的大小為：aA＝aB＝F1/m＝ 碰撞后A、B兩球的帶電量均為4Q，它們?cè)俅谓?jīng)過(guò)圖示位置時(shí)的庫(kù)侖斥力的大小為F2，則： 此時(shí)A、B兩球加速度的大小為：aA’＝aB’＝F2/m＝ 故兩球再次經(jīng)過(guò)圖中位置時(shí)，兩球的加速度是釋放時(shí)的倍。 【例2】如圖所示，一個(gè)半徑為R的圓環(huán)均勻帶電，ab是一個(gè)極小的缺口，缺口長(zhǎng)為L(zhǎng)（L<

3、圓環(huán)上任意取兩個(gè)對(duì)稱的點(diǎn)（很小的一段圓?。㏄、Q，P點(diǎn)對(duì)圓心處的負(fù)電荷的引力為FP，Q點(diǎn)對(duì)圓心處的負(fù)電荷的引力為FQ，由庫(kù)侖定律可知，這兩個(gè)力一定大小相等，且方向相反，合力為零。同理可知，在圓上任何一點(diǎn)都有與之對(duì)稱的點(diǎn)，它們對(duì)圓心處的負(fù)電荷的合力均為零。而圓環(huán)正是由無(wú)數(shù)對(duì)這樣的點(diǎn)組成。不難確定，圓環(huán)中心處的點(diǎn)電荷受力為零。 再討論題中的情形，如圖所示，只有與ab缺口相對(duì)的那一部分圓弧沒有與之對(duì)稱的部分存在。因此，處于圓心處的負(fù)電荷受到的力就是與缺口ab對(duì)稱的a’b’對(duì)它的引力。 A’b’（L<

4、【例3】如圖所示，用線把小球A懸于O點(diǎn)，靜止時(shí)恰好與另一固定小球B接觸。今使兩球帶同種電荷，懸線將偏離豎直方向某一角度θ1，此時(shí)懸線中的張力大小為T1；若增加兩球的帶電量，懸線偏離豎直方向的角度將增大為θ2，此時(shí)懸線中的張力大小為T2，則： A、T1T2 D、無(wú)法確定 【解析】本題應(yīng)當(dāng)從小球的受力分析出發(fā)尋求正確的答案。 解法1：在懸線偏離豎直方向某一角度θ時(shí)，小球A的受力情況如圖a所示，重力mg方向豎直向下，懸線拉力T沿懸線方向與豎直方向的夾角為θ，兩球間的

5、庫(kù)侖斥力F沿兩球的連線方向，由幾何關(guān)系確定F與水平方向的夾角為θ/2。 沿水平和豎直兩個(gè)方向?qū)π∏駻所受力進(jìn)行正交分解，并由平衡條件得： Fcosθ/2－Tsinθ＝0………（1） Fsinθ/2＋Tcosθ－mg＝0…（2） 由（1）、（2）兩式可解得：T＝mg……（3） （3）式表明：懸線中的張力與懸線和豎直方向的夾角θ無(wú)關(guān)。 【答案】B 解法2：小球A的受力情況如圖b所示，重力mg、懸線張力T、庫(kù)侖斥力F，這三個(gè)力的合力為0。因此這三個(gè)力構(gòu)成封閉的力的三角形，且正好與幾何三角形OAB相似，有： 因?yàn)镺A＝OB

6、，所以T＝mg。即T與θ無(wú)關(guān)。故選B。 【例4】如圖1所示用兩根等長(zhǎng)的絕緣細(xì)線各懸掛質(zhì)量分別為mA和mB的小球，懸點(diǎn)為O，兩小球帶同種電荷，當(dāng)小球由于靜電力作用張開一角度時(shí)，A球懸線與豎直線夾角為α，B球懸線與豎直線夾角為β，如果α=30°，β=60°，求兩小球mA和mB之比。 [分析]A、B分別受三個(gè)力，如圖2所示。各處于平衡狀態(tài)，若選O點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸，則與解題無(wú)關(guān)的未知力TA、TB可以巧妙地避開（其力矩為O）用有固定轉(zhuǎn)軸的物體平衡條件可解。 [解] 解法1：用隔離法，分別取A、B為研究對(duì)象，選O為轉(zhuǎn)軸，則 對(duì)A：mAgLA=F電L電 ? 對(duì)B：mBgLB=F電L電 解

7、法2：用整體法 若將兩根懸線和小球A、B作為一個(gè)整體，則球和繩之間的相互作用力、靜電力均為內(nèi)力，對(duì)解題帶來(lái)方便。 [解答]取兩根懸線和小球A、B組成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象，，系統(tǒng)受到重力mAg和mBg受到懸點(diǎn)O的拉力TA’和TB’。以懸點(diǎn)O為固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸，系統(tǒng)為GA和GB的力矩作用下處于平衡狀態(tài)，有MA=MB得 mAgLA=mBgLB [說(shuō)明]1.本例屬于包括靜電力在內(nèi)物體（或物體系）的平衡問題，解決這類問題可用共點(diǎn)力的平衡，和有固定轉(zhuǎn)軸的物體平衡條件解決，當(dāng)題目涉及許多與解題無(wú)直接關(guān)系的未知力時(shí)，巧妙選取轉(zhuǎn)軸使這些未知力的力矩為零，然后運(yùn)用有固定轉(zhuǎn)軸的物體平衡條件，可很方便地解決。 2

8、.解決物體系的相互作用問題時(shí)，一般可同時(shí)使用隔離法和整體法。一般說(shuō)來(lái)使用后者可簡(jiǎn)化過(guò)程，簡(jiǎn)捷巧妙地解決問題。 3.整體法的適用情況：①當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)某些物體的力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可整體分析對(duì)象。②當(dāng)只涉及研究運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程而不涉及某段運(yùn)動(dòng)時(shí)，可整體分析過(guò)程。③當(dāng)運(yùn)用適用于系統(tǒng)的物理規(guī)律（如動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律）解題時(shí)，可整體分析對(duì)象和整體分析運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的初末態(tài)。④當(dāng)可采用多種方法解題時(shí)，可整體優(yōu)化解題方法。⑤整體法不僅適用于系統(tǒng)內(nèi)各物體保持相對(duì)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，而且也適用于各物體間有相對(duì)加速度的情況。 運(yùn)用整體法解題的基本步驟： ①明確研究的系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程。 ②畫出

9、系統(tǒng)地受力圖和運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的示意圖。 【基礎(chǔ)練習(xí)】 一、選擇題： 1、把兩個(gè)完全相同的金屬球A和B接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間互相排斥，則A、B兩球原來(lái)的帶電情況可能是：（ ） A、帶等量異種電荷 B、帶等量同種電荷 C、帶不等量異種電荷 D、一個(gè)帶電，另一個(gè)不帶電 2、兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B距離恒定，當(dāng)其它點(diǎn)電荷移到A、B附近時(shí)，A、B之間的庫(kù)侖力將：（ ） A、可能變大 B、可能變小 C、一定不變 D、不能確定 3、真空中有相距為r的兩個(gè)點(diǎn)電荷A、B，它們之間相互作用的靜電力為F，

10、如果將A的帶電量增加到原來(lái)的4倍，B的帶電量不變，要使它們的靜電力變?yōu)镕/4，則它們的距離應(yīng)當(dāng)變?yōu)椋海? ） A、16r B、4r C、 D、2r 4、關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法，正確的是：（ ） A、 只有體積很小的電荷，才能作為點(diǎn)電荷 B、 體積很大的電荷，一定不能作為點(diǎn)電荷 C、 點(diǎn)電荷一定是帶電量很小的電荷 D、兩個(gè)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(diǎn)電荷處理 5、兩個(gè)半徑均為1cm的導(dǎo)體球，分別帶上＋Q和－3Q的電荷量，兩球心相距90cm，相互作用力的大小為F，現(xiàn)將它們碰一下后，放到兩球心間相距3cm處，則它們之間的相互作用

11、力變?yōu)椋海? ） A、3000F B、1200F C、900F D、無(wú)法確定 6、如圖所示，兩個(gè)金屬小球的半徑均為a，兩球心相距d，如果它們帶等量同種電荷Q,則它們之間的相互作用力為：（ ） A、大于 B、等于 C、小于 D、無(wú)法確定 二、填空題： 7、將一定量的電荷Q，分成電荷量q、q’的兩個(gè)點(diǎn)電荷，為使它們相距r時(shí)，它們之間有最大的相互作用力，則q值應(yīng)當(dāng)為 。 8、有三個(gè)相同的絕緣金屬小球A、B、C，其中A小球帶有3×10-3C的正電荷，B小球帶有－2×10-3C的負(fù)電荷，小球C不帶電。先讓小球C與小球A接觸后分開，再讓小球B

12、與小球C接觸后分開, 最終三小球的帶電量分別為qA＝ C 、qB＝ C，qC＝ C。 9、電量為q1=2q2,質(zhì)量為m1=4m2的兩個(gè)帶異種電荷的粒子在真空中，除相互作用的庫(kù)侖力外不受其它力的作用，已知兩粒子與其固定點(diǎn)距離保持不變而不吸引在一起，則知兩粒子一定做 運(yùn)動(dòng)，該固定點(diǎn)距離兩粒子的距離d1與d2之比 。 三、計(jì)算題： 10、大小相同的金屬小球，所帶的電荷量分別為Q1、Q2，且，把Q1、Q2放在相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，它們之間的作用力大小為F，若使它們接觸后再分開放回原處，求它們之間相互作用力的大??？ 11、設(shè)氫原子核外電子的軌道半徑外

13、r，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的周期。 12、兩個(gè)被束縛住的帶電小球，電荷量分別為＋Q和＋9Q，相距0.4m，如果引進(jìn)第三個(gè)帶電小球，使它處于平衡狀態(tài)，這個(gè)小球應(yīng)當(dāng)放在什么位置？若保持第三個(gè)小球的位置不變，解除另外兩個(gè)小球的束縛，使三個(gè)小球都能處于平衡狀態(tài)，則對(duì)三個(gè)小球的電荷量有什么要求？ 【能力提升】1、將不帶電的導(dǎo)體A與帶負(fù)電荷的導(dǎo)體B接觸，導(dǎo)體A中的質(zhì)子數(shù)將：（ ） A、增加 B、減少 C、不變 D、先增加后減少 2、在光滑絕緣的水平面上，有一個(gè)絕緣的彈簧，彈簧的兩端分

14、別與金屬小球A、B相連，如圖所示，若A、B帶上等量同種電荷，彈簧的伸長(zhǎng)量為x1，若讓A、B的帶電量都增為原來(lái)的兩倍，彈簧的伸長(zhǎng)量為x2，則：（ ） A、x2>4x1 B、x2＝4x1 C、x2<4x1 D、x2＝x1 3、真空中在具有相同距離的情況下，點(diǎn)電荷A、B和點(diǎn)電荷A、C間作用力大小之比為4：1，則點(diǎn)電荷B、C所帶電荷量之比為 ，如果要使點(diǎn)電荷A、B和點(diǎn)電荷A、C間作用力的大小相等，A、B和A、C間距離之比為 。 4、如圖所示，質(zhì)量均為m的三個(gè)帶電小球，A、B、C放置在光滑的絕緣水平面上，A與B、B與C相距均為l，

15、A帶電QA=+8q，B帶電QB=+q，若在C 上加一水平向右的恒力F，能使A、B、C三球始終保持相對(duì)靜止，則外力大小F為多少？C球所帶電量QC？ §1、2 探究靜電力 參考答案 【基礎(chǔ)練習(xí)】 一、選擇題 1、BCD 2、C 3、B 4、D 5、D 6、C 二、填空題： 7、Q/2 8、qA＝ 1.5×10-3C 、qB＝-2.5×10-4C，qC＝ -2.5×10-4 C 9、勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1：4 三、計(jì)算題： 10、4 F /3 1 F /3 11、 12、在＋Q和＋9Q的連線上，與＋Q的距離為0.1m，與＋9Q的距離為0.3m，q＝－ 【能力提升】 1、C 2、C 3、4：1 2：1 4、【簡(jiǎn)解】A、B、C三者作為整體為研究對(duì)象，有： F=3ma……⑴ 以A為研究對(duì)象，有……⑵ 以B為研究對(duì)象，有……⑶ 可解得qc=16q F=