2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第2節(jié) 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第2節(jié) 庫侖定律,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解探究電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程.2.知道點(diǎn)電荷的概念,明確實(shí)際帶電體看做點(diǎn)電荷的條件.3.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件,會(huì)用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.4.了解庫侖扭秤實(shí)驗(yàn),知道靜電力常量.,基礎(chǔ)知識(shí),核心要點(diǎn),學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識(shí) 探究,教材探究,知識(shí)點(diǎn)一,探究影響電荷間相互作用力的因素,【問題導(dǎo)學(xué)】 如圖為教材P3演示實(shí)驗(yàn)1.2=1,O是一個(gè)帶正電的物體,把系在絲線上的帶正電的小球先后掛在圖中P1,P2,P3等位置.,(1)若保持小球的帶電荷量不變,將懸點(diǎn)由P1依次移至P3,發(fā)現(xiàn)細(xì)線與豎直方向的夾角變小,小球所受作用力大小如何變化?可以猜想帶電體之間的作用力大小與什么因素有關(guān)?是什么規(guī)律變化關(guān)系? (2)若保持小球位置不變,增大(或減小)小球所帶的電荷量,發(fā)現(xiàn)細(xì)線與豎直方向的夾角變大(或變小),說明小球所受作用力的大小如何變化?可以猜想帶電體之間的作用力大小與什么因素有關(guān)?是什么規(guī)律變化關(guān)系?,,答案:(1)減小;兩者間的距離;帶電體間的作用力隨距離的增大而減小. (2)增大(或減小);兩者所帶的電荷量;電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大.,【知識(shí)梳理】 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而 ,隨著距離的增大而 .,增大,減小,知識(shí)點(diǎn)二,庫侖定律 點(diǎn)電荷,【問題導(dǎo)學(xué)】 (1)電荷之間的作用力與萬有引力很相似,結(jié)合萬有引力的“平方反比”規(guī)律,試猜想電荷間的作用力是什么樣的定量關(guān)系?,,答案:(1)電荷間的作用力與電荷量的乘積成正比,與兩者距離的平方成反比.,(2)點(diǎn)電荷的概念與質(zhì)點(diǎn)相類似,一個(gè)物體能被視為質(zhì)點(diǎn)的條件是什么?實(shí)際帶電體的形狀、大小及電荷分布對(duì)問題的研究無影響時(shí),能否可以將其看成一個(gè)帶電荷量的點(diǎn)?,,答案:(2)物體的形狀、大小對(duì)問題的研究無影響;能.,【知識(shí)梳理】 1.庫侖定律內(nèi)容:真空中兩個(gè) 點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的 成正比,與它們的距離的 成反比,作用力的方向在它們的 上. 2.庫侖定律公式:F= ,其中k叫做靜電力常量,k= Nm2/C2. 3.點(diǎn)電荷的特點(diǎn) (1)帶電體間的距離比它們自身的大小 . (2)帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以 . 4.疊加原理:兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力,等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)電荷的作用力的 .,靜止,乘積,連線,二次方,9.0109,大得多,忽略,矢量和,思考判斷,1.點(diǎn)電荷是一個(gè)帶有電荷的幾何點(diǎn),它是實(shí)際帶電體的抽象,是一種理想化模型.( ) 2.球形帶電體一定可以看做點(diǎn)電荷.( ) 3.很大的帶電體也有可能看做點(diǎn)電荷.( ) 4.根據(jù)庫侖定律,只有兩點(diǎn)電荷電荷量相等時(shí),它們間的庫侖力才相等. ( ) 5.庫侖定律只適用于計(jì)算真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫侖力.( ),√,,√,,√,核心要點(diǎn) 突破,要點(diǎn)一,庫侖定律的理解和基本應(yīng)用,1.庫侖力的方向判斷 兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的庫侖力 ?,沿兩電荷的連線,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引. 2.庫侖力的大小計(jì)算 公式F=k (k=9.0109 Nm2/C2),適用于真空中(空氣中也近似成立)兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷?,用該公式計(jì)算庫侖力大小時(shí),只將其電荷量的絕對(duì)值代入即可.,?兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的庫侖力遵守牛頓第三定律.不要認(rèn)為電荷量大的電荷對(duì)電荷量小的電荷作用力大. ?1)當(dāng)r→0時(shí),電荷不能再看成點(diǎn)電荷,庫侖定律不再適用,更不能認(rèn)為F→∞. 2)兩個(gè)規(guī)則的帶電球體相距比較近時(shí),不能被看做點(diǎn)電荷,此時(shí)兩帶電球體之間的作用距離會(huì)隨所帶電荷量的改變而改變,如圖.,,狀元心得,,?思路探究? 庫侖定律適用條件是什么? 答案:(1)真空中;(2)靜止的;(3)點(diǎn)電荷.,答案:C,點(diǎn)電荷的理解誤區(qū) 同一帶電體,在不同問題中有時(shí)可以看做點(diǎn)電荷,有時(shí)不能看做點(diǎn)電荷.帶電體能否看做點(diǎn)電荷,不取決于帶電體的大小,而取決于它們的大小、形狀與距離相比能否忽略.,,誤區(qū)警示,【針對(duì)訓(xùn)練1】 A,B兩個(gè)點(diǎn)電荷間距離恒定,當(dāng)其他電荷移到A,B附近時(shí),A, B之間的庫侖力將( ) A.可能變大 B.可能變小 C.一定不變 D.不能確定,C,,,?思路探究? (1)金屬小球A,B之間的靜電力能運(yùn)用庫侖定律求解嗎? (2)開始時(shí),金屬小球A,B是同種電荷還是異種電荷? (3)幾個(gè)金屬小球反復(fù)接觸過程中,電荷分配遵循什么規(guī)律? 答案:(1)能.金屬小球A,B之間相距較遠(yuǎn),金屬小球A,B可以看做點(diǎn)電荷,能運(yùn)用庫侖定律求解它們之間的靜電力. (2)可能是同種電荷,也可能是異種電荷. (3)電荷分配遵循電荷守恒定律,同種電荷電荷量平分,異種電荷電荷量先中和再平分.,,答案:AC,C,,解析:庫侖定律的適用條件為點(diǎn)電荷或均勻帶電球(或球殼).若兩球?yàn)榻^緣球,電荷均勻分布在球面上,則可以直接用庫侖定律求出庫侖力,因此F2=k ;若為金屬球,由于兩球間距離較近,球上的電荷間存在相互作用力,電荷并不是均勻分布的,相互靠近的一側(cè)電荷分布較密集,此時(shí)不能將兩帶電球看做點(diǎn)電荷,所以不能用庫侖定律求解,選項(xiàng)C正確.,要點(diǎn)二,庫侖力作用下的平衡問題,1.分析庫侖力平衡?基本方法 (1)明確研究對(duì)象. (2)畫出研究對(duì)象a的受力分析圖. (3)根據(jù)平衡條件列方程. (4)代入數(shù)據(jù)計(jì)算或討論. 2.三電荷的平衡模型?的特點(diǎn) (1)平衡條件:每個(gè)點(diǎn)電荷受到的兩個(gè)庫侖力等大反向. (2)模型規(guī)律 ①“兩同夾一異”——正負(fù)電荷相互間隔. ②“兩大夾一小”——中間電荷的電荷量最小.,③“近小遠(yuǎn)大”——與中間的電荷靠近的電荷其電荷量較小.,?庫侖力作用下的平衡問題也是力學(xué)平衡問題,不過增加了庫侖力,解決方法相同,常用方法有合成法和正交分解法. ?1)三電荷平衡模型規(guī)律,限于三個(gè)共線的自由電荷僅在靜電力的作用(不受其他力)下且三個(gè)電荷都處于平衡狀態(tài)時(shí)成立. 2)q1,q3對(duì)q2要么同排斥,要么同吸引,故q1,q3電性必相同;q2,q3對(duì)q1一個(gè)排斥一個(gè)吸引,故q2與q1,q3電性必相反,可得“兩同夾一異”.,,狀元心得,,考查角度1:三自由電荷的平衡 【例3】 在真空中有兩個(gè)相距r的點(diǎn)電荷A和B,帶電荷量分別為q1=-q,q2=4q. (1)若A,B固定,在什么位置放入第三個(gè)點(diǎn)電荷q3,可使之處于平衡狀態(tài)?平衡條件中對(duì)q3的電荷量及正負(fù)有無要求?,,?思路探究? (1)若q1,q2是固定的,要使q3平衡,則q1,q2對(duì)q3的靜電力要滿足什么條件? (2)如果q1,q2,q3三者都是不固定的,要使它們都處于平衡狀態(tài),則三個(gè)電荷受的靜電力應(yīng)滿足什么條件? 答案:(1)q1,q2對(duì)q3的靜電力大小相等、方向相反. (2)要同時(shí)使三個(gè)電荷受的靜電力的合力都等于零.,,答案:(1)在q1的外側(cè)距離為r處,對(duì)q3的電性和電荷量均沒有要求,(2)若以上三個(gè)電荷皆可自由移動(dòng),要使它們都處于平衡狀態(tài),對(duì)q3的電荷量及電性有何要求?,,答案:(2)電荷量為4q,帶正電,(3)若q1=q,第(2)問中的答案又如何?,,三電荷平衡列方程技巧 三個(gè)電荷都處于平衡狀態(tài),可以分別對(duì)三個(gè)電荷列平衡方程,本題中只需列兩個(gè)方程便可求解.,,方法技巧,【針對(duì)訓(xùn)練3】 如圖所示,在一條直線上有兩個(gè)相距0.4 m的點(diǎn)電荷A,B,A所帶電荷量為+Q,B所帶電荷量為-9Q.現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C,恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài).C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷?放于何處?所帶電荷量為多少?,,考查角度2:多種力的綜合性平衡 【例4】 (2018山東棗莊市滕州二中高二期中)如圖所示,真空中的兩帶電小球(可看做是點(diǎn)電荷),通過調(diào)節(jié)懸掛細(xì)線的長度使兩小球始終保持在同一水平線上,下列說法正確的是( ) A.若只增大r,則T1,T2都增大 B.若只增大m1,則θ1增大,θ2不變 C.若只增大q1,則θ1增大,θ2不變 D.若只增大q1,則θ1,θ2都增大,,?思維導(dǎo)圖?,,答案:D,,方法總結(jié),【針對(duì)訓(xùn)練4】 (2018甘肅蘭州一中高二測(cè)試)如圖所示,把質(zhì)量為3 g的帶電小球B用絕緣細(xì)繩懸起,若將帶電荷量為Q=-4.010-6 C的帶電小球A靠近B,當(dāng)兩個(gè)帶電小球在同一高度相距r=20 cm時(shí),繩與豎直方向成α=30角,A,B兩球均靜止.求B球的帶電荷量q(取g=10 m/s2).,,要點(diǎn)三,庫侖力在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用,1.處理電荷間相互作用的動(dòng)力學(xué)問題,與處理力學(xué)中的問題時(shí)應(yīng)用的規(guī)律、方法相同,只是受力時(shí)要考慮庫侖力的存在. 2.對(duì)受力物體來說,庫侖力參與受力分析,應(yīng)用牛頓第二定律可以確定合力與加速度的關(guān)系.,【例5】 如圖所示,在光滑絕緣的水平面上,固定著質(zhì)量相等的三個(gè)小球a, b,c,三球在一條直線上,若釋放a球,a球初始加速度為-1 m/s2(向右為正),若釋放c球,c球初始加速度為3 m/s2,當(dāng)釋放b球時(shí),b球的初始加速度應(yīng)是 多大?,,?思維導(dǎo)圖? (1)畫出釋放a球時(shí),a球受力圖.,(2)畫出釋放c球時(shí),c球受力圖.,(3)畫出釋放b球時(shí),b球受力圖.,,解析:設(shè)a0=1 m/s2,由牛頓第二定律, 對(duì)a球有Fba+Fca=-ma0, 對(duì)c球有Fac+Fbc=3ma0, Fca和Fac為一對(duì)作用力和反作用力,即Fca=-Fac 同理-Fba=Fab,Fcb=-Fbc. 解得Fba+Fbc=2ma0,Fab+Fcb=-2ma0, 即ab=-2 m/s2,方向向左. 答案:-2 m/s2,,方法總結(jié),解決庫侖力在動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用的基本方法 (1)在多物體情況下,要靈活選取研究對(duì)象,根據(jù)小球的受力情況,利用牛頓第二定律列方程組,求出加速度. (2)在能構(gòu)成系統(tǒng)的情景中,還要結(jié)合整體法,利用牛頓第二定律進(jìn)行求解.,【針對(duì)訓(xùn)練5】 (2018黑龍江雙鴨山一中高二測(cè)試)如圖所示,質(zhì)量均為m的兩個(gè)帶電小球A和B放置在光滑絕緣的水平面上,彼此相距為L,A球帶電荷量為+Q,B球帶電荷量為-Q,若用水平力拉動(dòng)其中一個(gè)小球,且要使另一個(gè)球與前面球始終保持L的間距運(yùn)動(dòng),求拉力的大小為多少?,,學(xué)習(xí)效果 檢測(cè),1.下列說法中正確的是( ) A.點(diǎn)電荷就是體積很小的帶電體 B.點(diǎn)電荷就是體積和帶電荷量都很小的帶電體 C.根據(jù)F=k ,設(shè)想當(dāng)r→0時(shí)得出F→∞ D.靜電力常量的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)得出的,D,,解析:由點(diǎn)電荷的概念知,選項(xiàng)A,B錯(cuò)誤;當(dāng)兩電荷間距離r→0時(shí),兩電荷已不能看做點(diǎn)電荷,庫侖定律不再適用,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;而靜電力常量是由實(shí)驗(yàn)測(cè)出的,選項(xiàng)D正確.,2.關(guān)于庫侖定律,下列說法正確的是( ) A.庫侖定律適用于點(diǎn)電荷,點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的球體 B.根據(jù)F=k ,當(dāng)兩點(diǎn)電荷間的距離趨近于零時(shí),庫侖力將趨向無窮大 C.若點(diǎn)電荷q1的電荷量大于q2的電荷量,則q1對(duì)q2的庫侖力大于q2對(duì)q1的庫侖力 D.庫侖定律和萬有引力定律的表達(dá)式相似,都是平方反比定律,D,,解析:并不是體積很小的球體就是點(diǎn)電荷,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)兩點(diǎn)電荷間的距離趨近于零時(shí),公式F=k 不再適用,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;力的作用是相互的,q1對(duì)q2的庫侖力等于q2對(duì)q1的庫侖力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;庫侖定律和萬有引力定律的表達(dá)式相似,都是平方反比定律,選項(xiàng)D正確.,3.兩個(gè)點(diǎn)電荷相距r時(shí)相互作用為F,則( ) A.電荷量不變距離加倍時(shí),作用力變?yōu)?B.其中一個(gè)電荷的電荷量和兩電荷間距離都減半時(shí),作用力為4F C.每個(gè)電荷的電荷量和兩電荷間距離都減半時(shí),作用力為4F D.每個(gè)電荷的電荷量和兩電荷間距離都增加相同倍數(shù)時(shí),作用力不變,D,,4.(2018廣東中山一中高二測(cè)試)如圖所示,有三個(gè)點(diǎn)電荷A,B,C分別位于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,已知A,B都帶正電荷,A所受B,C兩個(gè)電荷的靜電力的合力如圖中FA所示,則下列說法正確的是( ) A.C帶正電,且QCQB C.C帶負(fù)電,且QCQB,C,,解析:因A,B都帶正電,所以靜電力表現(xiàn)為斥力,即B對(duì)A的作用力沿BA的延長線方向,而不論C帶正電還是帶負(fù)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(gè)分力的對(duì)角線,所以A和C之間必為引力,且FCAFBA,所以C帶負(fù)電,且QCQB.,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學(xué)長經(jīng)驗(yàn)分享,【方法拓展】——用對(duì)稱法計(jì)算庫侖力 1.對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上的點(diǎn)電荷,其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的庫侖力,等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的庫侖力的矢量和. 2.當(dāng)兩矢量滿足大小相等、方向相反、作用在同一直線上時(shí),兩矢量合成疊加,合矢量為零,這樣的矢量稱為“對(duì)稱矢量”,注意圖形的對(duì)稱性,發(fā)現(xiàn)對(duì)稱矢量可簡(jiǎn)化計(jì)算.電場(chǎng)中用對(duì)稱法求解庫侖力是解題中常用的方法.,【以例示法】 如圖所示,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(r?R)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(已知靜電力常量為k)?,,點(diǎn)評(píng):本題中對(duì)稱的兩點(diǎn)對(duì)球心的電荷的作用力為零,因此只需考慮沒有找到對(duì)稱的電荷對(duì)球心電荷的作用力即可.,【以例示法】 (2018河北冀州中學(xué)高二測(cè)試)(多選)如圖所示,把一個(gè)帶電小球A固定在光滑的水平絕緣桌面上,在桌面的另一處放置帶電小球B.現(xiàn)給B一個(gè)垂直AB方向的速度v0,B球?qū)? ) A.若A,B為異種電荷,B球可能做圓周運(yùn)動(dòng) B.若A,B為異種電荷,B球一定做加速度、速度均變小的曲線運(yùn)動(dòng) C.若A,B為同種電荷,B球一定做遠(yuǎn)離A的變加速曲線運(yùn)動(dòng) D.若A,B為同種電荷,B球的動(dòng)能一定會(huì)減小,AC,【科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境】,庫侖的實(shí)驗(yàn) 庫侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置叫做庫侖扭秤.如圖所示,細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒,棒的一端是一個(gè)帶電的金屬小球A,另一端有一個(gè)不帶電的球B,B與A所受的重力平衡.當(dāng)把另一個(gè)帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時(shí),A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn).,因?yàn)閼医z很細(xì),很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置,轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與力的大小成正比.庫侖讓可移動(dòng)球和固定球帶上不同量的電荷,并改變它們之間的距離: 第一次,兩球相距36個(gè)刻度,測(cè)得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為36度. 第二次,兩球相距18個(gè)刻度,測(cè)得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為144度. 第三次,兩球相距8.5個(gè)刻度,測(cè)得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為575.5度. 上述實(shí)驗(yàn)表明,兩個(gè)電荷之間的距離為4∶2∶1時(shí),扭轉(zhuǎn)角為1∶4∶16.由于扭轉(zhuǎn)角的大小與扭力成反比,所以得到兩電荷間的斥力的大小與距離的二次方成反比. 最后,庫侖找出了在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與兩點(diǎn)電荷所帶的電荷量及它們之間的距離的定量關(guān)系,這就是靜電學(xué)中的庫侖定律.,