高中物理《探究電荷相互作用規(guī)律》課件1 滬科選修3-1

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 2探究電荷相互作用規(guī)律 目標(biāo)導(dǎo)航1 理解點電荷的概念 重點 2 掌握庫侖定律 會用庫侖定律公式進(jìn)行有關(guān)的計算 重點 難點 3 通過點電荷模型的建立 了解理想模型方法 一 決定電荷相互作用的因素電荷間的相互作用力的大小與電荷所帶的 和電荷之間的 有關(guān) 二 電學(xué)中的第一個定律 庫侖定律1 點電荷當(dāng)實際帶電體的大小 它們之間的距離時 電荷量 距離 遠(yuǎn)小于 以致帶電體的形狀和大小對相互作用的影響可以 時 可近似看成點電荷 它是理想化模型 2 庫侖定律 1 內(nèi)容 真空中兩個靜止的點電荷之間的相互作用力的大小 跟它們的電荷量q1與q2的 成正比 跟它們的距離r的平方成 作用力的方向沿著它們的 忽略不計 乘積 反比 連線 2 公式 3 k是一個常量 叫做靜電力常量 如果各物理量都采用國際單位制 則k 4 庫侖定律的適用條件是 真空中 靜止的 在干燥的空氣中可直接應(yīng)用 如果不是點電荷 但知道了電荷的分布仍可利用庫侖定律和力的合成法則求帶電體間的相互作用力 9 0 109N m2 C2 點電荷 想一想 要點1對點電荷的進(jìn)一步理解 學(xué)案導(dǎo)引小的帶電體一定能看做點電荷嗎 1 點電荷是只有電荷量 沒有大小 形狀的理想化模型 2 一個帶電體能否看做點電荷 是相對具體問題而言的 不能單憑其大小和形狀確定 3 點電荷與質(zhì)點的類比點電荷是不考慮大小形狀和電荷分布情況的帶電體 是實際帶電體的理想化模型 事實上 任何帶電體都有其大小和形狀 真正的點電荷是不存在的 它像力學(xué)的質(zhì)點模型一樣 就是抓住主要因素 忽略次要因素構(gòu)建物理模型 簡化研究過程 特別提醒 1 嚴(yán)格理想化的 點電荷 應(yīng)是一個帶電的 幾何點 但這是不存在的 2 點電荷 所帶的電荷量既不一定是元電荷 也不一定電荷量很小 3 在宏觀意義上討論電子 質(zhì)子等帶電粒子時 完全可以把它們視為點電荷 原創(chuàng)題 2011年10月29日我國 天宮一號 發(fā)射成功 假設(shè)升空過程中由于與大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電 如果這些靜電沒有被及時導(dǎo)走 下列情況中升空后的 天宮一號 能被視為點電荷的是 A 研究 天宮一號 外部與其相距1m處的一個帶電微粒之間的靜電力 B 研究 天宮一號 與地球 帶負(fù)電 之間的靜電力C 任何情況下都可視為點電荷D 任何情況下都不可視為點電荷 審題指導(dǎo) 解此題的關(guān)鍵有兩點 1 明確帶電體視為點電荷的條件 2 同一帶電體能否視為點電荷 要具體問題具體分析 精講精析 對帶靜電的 天宮一號 如果研究一個懸浮在距它1m處的帶電粒子 那么 天宮一號 就相當(dāng)于一個很大的帶電體 與兩者距離相比不能忽略 因此這時不能把 天宮一號 視為點電荷 A項不正確 當(dāng)考慮 天宮一號 和地球之間的靜電力時 天宮一號 大小比它與地球之間的距離小得多 天宮一號 本身大小可以忽略 可以把它視為點電荷 B項正確 由以上分析可見 天宮一號 能否被視為點電荷 要具體問題具體分析 所以C D不正確 答案 B 規(guī)律總結(jié) 點電荷具有相對意義 一個帶電實體能否看成點電荷要依據(jù)研究問題的需要 而不是只看形狀的大小和電量的多少 變式訓(xùn)練1 2012 安慶高二檢測 下列關(guān)于點電荷的說法 正確的是 A 點電荷一定是電量很小的電荷B 點電荷是一種理想化模型 實際不存在C 只有球形帶電體 才能看成點電荷D 一個板狀的帶電體一定不能看成點電荷 解析 選B 點電荷和質(zhì)點一樣是一種理想化模型 一個帶電體能否看做點電荷 不是依據(jù)其大小和形狀及帶電荷量的多少 而是根據(jù)對研究問題的影響程度 故A C D錯誤 B正確 要點2庫侖定律的探究與理解 學(xué)案導(dǎo)引1 探究庫侖定律應(yīng)用的什么科學(xué)思想方法 2 兩點電荷間的庫侖力有什么特殊性嗎 1 實驗與探究如圖1 2 1甲所示 把兩個帶同種電荷的小球掛在絲線下端 可以看到兩球在靜電斥力的作用下分開 從圖乙由平衡知識可知 F Gtan 顯然 越大 靜電力F越大 圖1 2 1 1 保持電量不變 探究靜電力的大小跟距離的關(guān)系 2 保持距離不變 探究靜電力的大小與電荷量的關(guān)系 結(jié)論 兩電荷間的作用力的大小取決于兩電荷之間的距離和電荷量 2 庫侖定律的理解 特別提醒 電荷間的相互作用力通常叫做庫侖力或靜電力 庫侖力是根據(jù)性質(zhì)命名的力 是一種 性質(zhì)力 與重力 彈力 摩擦力一樣 因此在受力分析時千萬不能漏掉 如圖1 2 2所示 半徑相同的兩個金屬小球A B帶有電量相等的電荷 相隔一定距離 兩球之間的相互吸引力的大小是F 今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球C先后與A B兩球接觸后移開 這時 A B兩球之間的相互作用力是 圖1 2 2 審題指導(dǎo) 解此題的關(guān)鍵有兩點 1 電荷均分原理 2 庫侖定律 答案 A 規(guī)律總結(jié) 1 應(yīng)用庫侖定律公式時一定要理解 點電荷 的含義 不要亂套公式 2 引力與排斥力的判斷通常不用正 負(fù)號代入 而是依據(jù)同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 變式訓(xùn)練2 真空中有兩個電荷 相距為r 相互作用力為F 若使它們的電荷量都增大到原來的2倍 要使它們之間的作用力仍為F 其間距應(yīng)為 3 2012 安康高二月考 如圖1 2 3所示 兩個質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼a與b 其殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻 將它們固定于絕緣支座上 兩球心間的距離為L 為球半徑的3倍 若使它們帶上等量異種電荷 使其電量的絕對值均為Q 那么a b兩球之間的萬有引力F引和庫侖力F庫分別為 圖1 2 3 解析 選D 萬有引力定律適用于兩個可看成質(zhì)點的物體 雖然兩球心間的距離L只有其半徑r的3倍 但由于球殼的厚度和質(zhì)量分布均勻 兩球殼可看做質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點 因此可以應(yīng)用萬有引力定律 雖然兩球帶電均為Q 但由于電荷間相互作用 電荷在球殼上的分布不再均勻 由此可知 庫侖定律不再適用 故正確答案為D 庫侖力作用下的平衡問題 經(jīng)典案例 8分 如圖1 2 4所示 帶電量分別為4q和 q的小球A B固定在水平放置的光滑絕緣細(xì)桿上 相距為d 若桿上套一帶電小環(huán)C 帶電體A B和C均可視為點電荷 求小環(huán)C的平衡位置 圖1 2 4 思維流程 答案 平衡位置在B右側(cè)距B為d 名師點評 庫侖力具有力的一切性質(zhì) 在作用效果上與常見的力相同 但與重力 彈力 摩擦力性質(zhì)不同 在平衡與加速問題的處理中 力學(xué)的規(guī)律均適用 只是應(yīng)抓住庫侖力的特點 如庫侖力與點電荷距離的二次方成反比 因此 點電荷間距離變化時 庫侖力也要變化 靜電力與萬有引力間的相同點和不同點1 相同點 1 兩種力均為非接觸力 場力 2 靜電力和萬有引力都與距離的二次方成反比 3 靜電力和萬有引力的表達(dá)式中都有與作用力有關(guān)的物理量 電荷量或質(zhì)量 的乘積 且兩種力都與乘積成正比 4 兩種力的方向均在相互作用物體的連線上 2 不同點 1 靜電力是指物體因為帶電而產(chǎn)生的相互作用 而萬有引力是指物體因為具有質(zhì)量而產(chǎn)生的相互作用 2 靜電力可能是引力 也可能是斥力 但萬有引力只能是引力 3 庫侖定律的研究對象是點電荷 而萬有引力定律的研究對象是質(zhì)點 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全