人教版 (2019)必修第三冊(cè)2 庫侖定律學(xué)案設(shè)計(jì)-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

物理觀念：
1．經(jīng)歷探究實(shí)驗(yàn)過程，得出電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的定性關(guān)系.
2.知道點(diǎn)電荷的概念.
科學(xué)思維：
1.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件.
2.理解靜電力的概念，會(huì)用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．
一、電荷之間的作用力
1．探究影響電荷之間相互作用力的因素
(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：(如圖1所示)
圖1
①小球帶電荷量一定時(shí)，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度．
②小球處于同一位置時(shí)，小球所帶的電荷量越大，絲線偏離豎直方向的角度．
(2)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．
2．庫侖定律
(1)點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體之間的距離比它們自身的大小，以致帶電體的、及對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，帶電體可以看作帶電的點(diǎn)，叫作．
(2)庫侖定律
①內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成，與它們的距離的成反比，作用力的方向在．這種電荷之間的相互作用力叫作．
②公式：F＝keq \f(q1q2,r2)，其中k＝ N·m2/C2，叫作靜電力常量．
③適用條件：a. ；b. ．
3．庫侖定律的初步應(yīng)用
(1)靜電力的疊加: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)點(diǎn)電荷的作用力的。
(2)兩個(gè)介質(zhì)球帶有電荷,并且電荷均勻分布,不論是否滿足二者間的距離遠(yuǎn)大于球的直徑,都可以看作電荷集中于球心處的點(diǎn)電荷。兩個(gè)帶電的導(dǎo)體球,如果不滿足二者間的距離遠(yuǎn)大于球的直徑的條件,就看作電荷集中于球心處的點(diǎn)電荷,這是因?yàn)閷?dǎo)體上有很多自由電荷,它們之間發(fā)生相互作用,使電荷在球體上的分布。
二、庫侖的實(shí)驗(yàn)
1．庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)是通過懸絲比較靜電力F大小的．實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的成反比．
2．庫侖在實(shí)驗(yàn)中為研究F與q的關(guān)系，采用的是用兩個(gè) 的金屬小球接觸，電荷量的方法，發(fā)現(xiàn)F與q1和q2的成正比．
1．判斷下列說法的正誤．
(1)點(diǎn)電荷就是體積和電荷量都很小的帶電體。( )
(2)點(diǎn)電荷是一種理想模型,真正的點(diǎn)電荷是不存在的。( )
(3)若點(diǎn)電荷q1的電荷量大于q2的電荷量,則q1對(duì)q2的靜電力大于q2對(duì)q1的靜電力。( )
(4)點(diǎn)電荷就是元電荷。( )
(5)兩個(gè)導(dǎo)體小球接觸后再分開,所帶的電性相同。( )
(6)兩個(gè)導(dǎo)體小球接觸后再分開,所帶電荷量一定相等。( )
(7)根據(jù)F=kQ1Q2r2得,當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體小球的距離趨近于零時(shí),靜電力將趨向無窮大。( )
2．真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力為F，如果將兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離增大為原來的4倍，電荷量都增大為原來的2倍．它們之間靜電力的大小變?yōu)樵瓉淼腳_______倍．
3．(2022河北唐山豐潤(rùn)期中)下列關(guān)于點(diǎn)電荷的描述正確的是( )
A.點(diǎn)電荷是球形的帶電體
B.點(diǎn)電荷是質(zhì)量很小的帶電體
C.點(diǎn)電荷是電荷量很小的帶電體
D.點(diǎn)電荷是理想模型
4．(2022陜西漢中期中)真空中放置著兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷,下列有關(guān)兩點(diǎn)電荷的說法正確的是( )
A.若只是間距變?yōu)樵瓉淼膬杀?則庫侖力變?yōu)樵瓉淼乃谋?br>B.若只是電荷量均增加為原來的三倍,則庫侖力增加為原來的三倍
C.若間距趨近于零時(shí),則庫侖力趨近于無窮大
D.若電荷量均加倍,間距也加倍時(shí),則庫侖力大小不變
5．(2022江蘇無錫錫山期中)甲、乙兩個(gè)完全相同的金屬球電荷量分別為+q和+3q,甲、乙相距d時(shí)(甲、乙可視為點(diǎn)電荷),它們之間的庫侖力大小為F?，F(xiàn)將甲、乙接觸后分開,仍使甲、乙相距d,則甲、乙之間的庫侖力大小為( )
A.F3B.4F3
C.2FD.3F
一、對(duì)“點(diǎn)電荷”的理解
導(dǎo)學(xué)探究
某次物理課上,甲、乙兩位同學(xué)探討點(diǎn)電荷的對(duì)話如下:
甲:“由于帶電體A的體積很小,故它一定是點(diǎn)電荷?！?br>乙:“由于帶電體B的電荷量很小,故它一定是點(diǎn)電荷?！?br>(1)甲、乙兩位同學(xué)的觀點(diǎn)誰的正確?為什么?
(2)什么是點(diǎn)電荷?現(xiàn)實(shí)中有點(diǎn)電荷嗎?
知識(shí)深化
1.點(diǎn)電荷的特點(diǎn)
點(diǎn)電荷是只有電荷量,沒有大小、形狀的理想化模型,類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),實(shí)際上并不存在。
2.視為點(diǎn)電荷的條件
帶電體能否看成點(diǎn)電荷視具體問題而定,不能單憑它的大小和形狀下結(jié)論。如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多,則帶電體的大小和形狀就可以忽略,此時(shí)帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。
例1 下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是( )
A.任何帶電球體,都可看成電荷全部集中于球心的點(diǎn)電荷
B.體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷
C.當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離時(shí),可將這兩個(gè)帶電體看成點(diǎn)電荷
D.一切帶電體都可以看成點(diǎn)電荷
針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是( )
A.點(diǎn)電荷是電荷量和體積都很小的帶電體
B.點(diǎn)電荷是一種理想模型
C.點(diǎn)電荷的最小電荷量等于元電荷
D.球形帶電體都可以看作點(diǎn)電荷
二、庫侖定律的理解與應(yīng)用
導(dǎo)學(xué)探究
(1)原子結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖2所示．該模型中，電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，就像地球的衛(wèi)星一樣．觀察圖片，思考：電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是什么力提供的？
圖2
(2)上述問題中電子能否看作點(diǎn)電荷？
知識(shí)深化
1．靜電力的確定
(1)大小:利用庫侖定律計(jì)算靜電力時(shí)不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式,只代入q1和q2的絕對(duì)值即可。
(2)方向:利用同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來判斷。
2.兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫侖力遵守牛頓第三定律
不論電荷量大小如何,兩點(diǎn)電荷之間的庫侖力大小總是相等的。
3.庫侖定律的適用范圍
(1)庫侖定律只適用于能看成點(diǎn)電荷的帶電體之間的相互作用。
(2)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．
(3)兩個(gè)形狀規(guī)則的均勻球體相距較遠(yuǎn)時(shí)可以看作點(diǎn)電荷;相距較近時(shí)不能看作點(diǎn)電荷,此時(shí)球體間的作用力會(huì)隨著電荷的分布而變化。
例2 (2019·南平市檢測(cè))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)就是體積最小的帶電體
B．根據(jù)F＝keq \f(q1q2,r2)，當(dāng)兩個(gè)帶電體間的距離趨近于零時(shí)，靜電力將趨向于無窮大
C．所帶電荷量分別為Q和3Q的點(diǎn)電荷A、B相互作用時(shí)，B受到的靜電力是A受到的靜電力的3倍
D．庫侖定律的適用條件是真空和靜止點(diǎn)電荷
例3 甲、乙兩導(dǎo)體球，甲球帶有4.8×10－16 C的正電荷，乙球帶有3.2×10－16 C的負(fù)電荷，放在真空中相距為10 cm的地方，甲、乙兩球的半徑均遠(yuǎn)小于10 cm.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(1)試求兩球之間的靜電力，并說明是引力還是斥力？
(2)如果兩個(gè)導(dǎo)體球完全相同，接觸后放回原處，兩球之間的作用力如何？
(3)若將兩個(gè)體積不同的導(dǎo)體球相互接觸后再放回原處，還能求出其作用力嗎？
用公式計(jì)算靜電力時(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)值代入即可；力的方向可根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以判別.
三、靜電力的疊加
導(dǎo)學(xué)探究
如圖3所示，真空中有三個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷A、B、C，它們固定在邊長(zhǎng)為a的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，電荷量都是Q，則電荷C所受的靜電力多大？方向向哪？
圖3
知識(shí)深化
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)電荷所受的靜電力，等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的靜電力的矢量和．
2．電荷間的單獨(dú)作用符合庫侖定律，求各靜電力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則．
INCLUDEPICTURE "E:\\張瀟\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\張瀟\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\張瀟\\2020\\同步\\物理人教必修3 新教材\\Wrd\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET 例4 如圖4所示，分別在A、B兩點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C．在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m．如果有一電子靜止放在C點(diǎn)處，則它所受的靜電力的大小為________ N，方向________．
圖4
當(dāng)多個(gè)帶電體同時(shí)存在時(shí),每?jī)蓚€(gè)帶電體間的靜電力都遵守庫侖定律。某一帶電體同時(shí)受到多個(gè)靜電力作用時(shí)可利用力的平行四邊形定則求出其合力。這就是靜電力的疊加原理。
針對(duì)訓(xùn)練2 如圖5所示，有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C位于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，已知三角形的邊長(zhǎng)為1 cm，B、C所帶電荷量為qB＝qC＝＋1×10－6 C，A電荷量為qA＝－2×10－6 C，靜電力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，A所受B、C兩個(gè)電荷的靜電力的合力F的大小和方向?yàn)? )
圖5
A．180 N，沿AB方向
B．180eq \r(3) N，沿AC方向
C．180 N，沿∠BAC的角平分線
D．180 eq \r(3) N，沿∠BAC的角平分線
拓展探究非點(diǎn)電荷間的靜電力求法
例5 如圖所示,一個(gè)半徑為R的絕緣圓環(huán)均勻帶電,ab為一極小的缺口,缺口長(zhǎng)為L(zhǎng)(L?R),圓環(huán)的電荷量為Q(正電荷)。在圓心O處放置一電荷量為q的負(fù)點(diǎn)電荷,求負(fù)點(diǎn)電荷受到的庫侖力的大小和方向。(已知靜電力常量為k)
對(duì)于不能視為點(diǎn)電荷的問題,可利用對(duì)稱性、割補(bǔ)法等,化非點(diǎn)電荷為點(diǎn)電荷。這樣可使難點(diǎn)得以突破,公式得以運(yùn)用,問題得以迎刃而解。
針對(duì)訓(xùn)練3 如圖所示,半徑為R的絕緣球殼上均勻帶有電荷量為+Q的電荷,另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心處,由于對(duì)稱性,點(diǎn)電荷受力為零?，F(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)電荷所受靜電力的大小為多少?方向如何?(已知靜電力常量為k)
1．(點(diǎn)電荷)(2018·寧夏大學(xué)附屬中學(xué)期中)關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說法正確的是( )
A．只有體積很小的帶電體才可以看作點(diǎn)電荷
B．當(dāng)帶電體的大小在研究的問題中可以忽略不計(jì)時(shí)，帶電體可以看作點(diǎn)電荷
C．只有球形帶電體才可以看作點(diǎn)電荷
D．一切帶電體都能看作點(diǎn)電荷
2.(庫侖定律的理解)如圖6所示，兩個(gè)質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼a、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，l為球半徑的3倍．若使它們帶上等量異種電荷，使其電荷量的絕對(duì)值均為Q，那么a、b兩球之間的萬有引力F1與靜電力F2為( )
圖6
A．F1＝Geq \f(m2,l2)，F(xiàn)2＝keq \f(Q2,l2)
B．F1≠Geq \f(m2,l2)，F(xiàn)2≠keq \f(Q2,l2)
C．F1≠Geq \f(m2,l2)，F(xiàn)2＝keq \f(Q2,l2)
D．F1＝Geq \f(m2,l2)，F(xiàn)2≠keq \f(Q2,l2)
3．(庫侖定律的應(yīng)用)兩個(gè)分別帶有電荷量－Q和＋3Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷)，固定在相距為r的兩處，它們間的靜電力的大小為F，兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)閑q \f(r,2)，則兩球間靜電力的大小為( )
A.eq \f(1,12)F B.eq \f(3,4)F C.eq \f(4,3)F D．12F
4．(靜電力的疊加)(2019·德州市期末)如圖7所示，三個(gè)固定的帶電小球a、b和c，相互間的距離分別為ab＝8 cm、ac＝6 cm、bc＝10 cm，小球c所受靜電力合力的方向平行于ab的連線斜向下．關(guān)于小球a、b的電性及所帶電荷量比值的絕對(duì)值n，下列說法正確的是( )
圖7
A．同種電荷，n＝eq \f(9,25) B．同種電荷，n＝eq \f(27,125)
C．異種電荷，n＝eq \f(9,25) D．異種電荷，n＝eq \f(27,125)
考點(diǎn)一對(duì)庫侖定律的理解
1．(多選)關(guān)于庫侖定律，下列說法正確的是( )
A．凡計(jì)算真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間的相互作用力，就可以使用公式F＝keq \f(q1q2,r2)
B．兩個(gè)帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律
C．相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們之間的靜電力大小一定相等
D．當(dāng)兩個(gè)半徑為r的帶電金屬球中心相距為2r時(shí)，對(duì)于它們之間的作用力大小，只取決于它們各自所帶的電荷量多少
2．兩個(gè)半徑為R的帶電金屬球所帶電荷量分別為q1和q2，當(dāng)兩球心相距3R時(shí)，相互作用的靜電力大小為( )
A．F＝keq \f(q1q2,?3R?2) B．F＞keq \f(q1q2,?3R?2)
C．F＜keq \f(q1q2,?3R?2) D．無法確定
考點(diǎn)二庫侖定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用
3．(2019·東北師大附中高二期中)兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電荷量分別為2Q和4Q.在真空中相距為r，它們之間的靜電力為F.現(xiàn)把它們的電荷量各減小一半，距離減小為eq \f(r,4).則它們間的靜電力為( )
A．4F B．2F C.eq \f(1,2)F D.eq \f(1,4)F
4．(2018·人大附中高二期中)使兩個(gè)完全相同的金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷)分別帶上－3Q和＋5Q的電荷后，將它們固定在相距為a的兩點(diǎn)，它們之間靜電力的大小為F1，現(xiàn)用絕緣工具使兩小球相互接觸后，再將它們固定在相距為2a的兩點(diǎn)，它們之間靜電力的大小為F2，則F1與F2之比為( )
A．2∶1 B．4∶1 C．16∶1 D．60∶1
考點(diǎn)三靜電力的疊加
5．如圖1所示，有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C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( )
圖1
A．C帶正電，且QC＜QB
B．C帶正電，且QC＞QB
C．C帶負(fù)電，且QC＜QB
D．C帶負(fù)電，且QC＞QB
6.如圖2所示，直角三角形ABC中∠B＝30°，點(diǎn)電荷A、B所帶電荷量分別為QA、QB，測(cè)得在C處的某正點(diǎn)電荷所受靜電力的合力方向平行于AB向左，則下列說法正確的是( )
圖2
A．A帶正電，QA∶QB＝1∶8
B．A帶負(fù)電，QA∶QB＝1∶8
C．A帶正電，QA∶QB＝1∶4
D．A帶負(fù)電，QA∶QB＝1∶4
7．真空中兩個(gè)完全相同、帶等量同種電荷的金屬小球A和B(可視為點(diǎn)電荷)，分別固定在兩處，它們之間的靜電力為F.用一個(gè)不帶電的與A、B完全相同的金屬球C先后與A、B球接觸，然后移開球C，此時(shí)A、B球間的靜電力為( )
A.eq \f(F,3) B.eq \f(F,4) C.eq \f(3F,8) D.eq \f(F,2)
8.(2018·濰坊市期末)如圖3所示，△abc處在真空中，邊長(zhǎng)分別為ab＝5 cm，bc＝3 cm，ca＝4 cm.三個(gè)帶電小球固定在a、b、c三點(diǎn)，電荷量分別為qa＝6.4×10－12 C，qb＝－2.7×10－12 C，qc＝1.6×10－12 C．已知靜電力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，三小球可視為點(diǎn)電荷．求c點(diǎn)小球所受靜電力的大小及方向．
圖3

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