高中物理2 庫侖定律學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

eq \([先填空])

1．概念：

當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的大小、形狀及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體就可以看做點(diǎn)電荷．

2．點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型．

eq \([再判斷])

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．(√)

eq \([后思考])

點(diǎn)電荷就是體積很小的帶電體，這種說法對(duì)嗎？為什么？

【提示】不對(duì)，體積很小的帶電體也不一定能看做點(diǎn)電荷．

eq \([合作探討])

如圖1-2-1所示，兩質(zhì)量分布均勻，半徑為r的金屬球放在絕緣支架上，兩球面最近距離也為r.

圖1-2-1

探討1：若計(jì)算兩球之間的萬有引力大小，可否將兩金屬球看做質(zhì)點(diǎn)？

【提示】可以．

探討2：若兩球帶等量異種電荷，分析兩球之間靜電力時(shí)，可否將兩球看做點(diǎn)電荷？

【提示】不能．

eq \([核心點(diǎn)擊])

1．點(diǎn)電荷是物理模型

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)際中并不存在．

2．帶電體看成點(diǎn)電荷的條件

如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至于帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響很小，就可以忽略形狀、大小等次要因素，只保留對(duì)問題有關(guān)鍵作用的電荷量，帶電體就能看成點(diǎn)電荷．

3．注意區(qū)分點(diǎn)電荷與元電荷

(1)元電荷是最小的電荷量，其數(shù)值等于一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值．

(2)點(diǎn)電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀，是帶電個(gè)體，其帶電荷量可以很大也可以很小，但它一定是元電荷的整數(shù)倍．

1．下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法中，正確的是( )

A．只有電荷量很小的帶電體才能看成是點(diǎn)電荷

B．體積很大的帶電體一定不能看成是點(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是點(diǎn)電荷

【解析】能否把一個(gè)帶電體看做點(diǎn)電荷，不能以它的體積大小或帶電荷量多少而論，應(yīng)該根據(jù)具體情況而定．若它的體積和形狀可不予考慮時(shí)，就可以將其看成點(diǎn)電荷．故選C.

【答案】 C

2．下列哪些帶電體可視為點(diǎn)電荷( )

【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522003】

A．電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷

B．在計(jì)算庫侖力時(shí)均勻帶電的絕緣球體可視為點(diǎn)電荷

C．帶電的細(xì)桿在一定條件下可以視為點(diǎn)電荷

D．帶電的金屬球一定不能視為點(diǎn)電荷

【解析】電子和質(zhì)子在研究的范圍非常小，可以與它的大小差不多時(shí)，不能看做點(diǎn)電荷．故A錯(cuò)誤；在計(jì)算庫侖力時(shí)均勻帶電的絕緣球體在一定的條件下可視為點(diǎn)電荷．故B錯(cuò)誤；帶電的細(xì)桿在它的大小相比與研究的范圍來說可以忽略不計(jì)時(shí)，可以視為點(diǎn)電荷．故C正確；帶電的金屬球在它的大小相比與研究的范圍來說可以忽略不計(jì)時(shí)，可以視為點(diǎn)電荷．故D錯(cuò)誤．

【答案】 C

INCLUDE \* MERGEFORMAT 有關(guān)點(diǎn)電荷概念的兩點(diǎn)提醒

(1)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．

(2)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．

eq \([先填空])

1．探究影響電荷間相互作用力的因素

(1)實(shí)驗(yàn)原理：如圖1-2-2所示，小球受Q的斥力，絲線偏轉(zhuǎn)．F＝mgtan_θ，θ變大，F(xiàn)變大；θ變小，F(xiàn)變?。?br/>

圖1-2-2

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

①小球帶電荷量不變時(shí)，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度越?。?br/>

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越大．

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小．

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．

(2)表達(dá)式：F＝keq \f(q1q2,r2)，k叫做靜電力常量．

(3)適用條件：真空中的點(diǎn)電荷．

(4)庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)得靜電力常量k＝9.0×109 N·m2/C2.

3．庫侖的實(shí)驗(yàn)

(1)實(shí)驗(yàn)裝置：

庫侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置叫做庫侖扭秤．如圖1-2-3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)，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小．

圖1-2-3

(2)實(shí)驗(yàn)步驟：

①改變A和C之間的距離，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與距離r的關(guān)系．

②改變A和C的帶電荷量，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與帶電荷量q之間的關(guān)系．

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

①力F與距離r的二次方成反比，即F∝eq \f(1,r2).

②力F與q1和q2的乘積成正比，即F∝q1q2.

所以F∝eq \f(q1q2,r2)或F＝keq \f(q1q2,r2).

4．靜電力疊加原理

(1)兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力不會(huì)(選填“會(huì)”或“不會(huì)”)因?yàn)榈谌齻€(gè)點(diǎn)電荷的存在而有所改變．

(2)兩個(gè)或者兩個(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)電荷的作用力的矢量和．

eq \([再判斷])

1．實(shí)驗(yàn)中電荷之間作用力的大小是通過絲線偏離豎直方向的角度顯示的．(√)

2．根據(jù)庫侖定律，只有兩點(diǎn)電荷電量相等時(shí)，它們間的庫侖力才相等．(×)

3．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．(√)

eq \([后思考])

1．兩帶電小球間的距離非常小時(shí)，庫侖力是否會(huì)無窮大？

【提示】當(dāng)r→0時(shí)，兩球不能看做點(diǎn)電荷，庫侖定律不再適用，即r→0時(shí)F不為無窮大．

2．當(dāng)兩帶電球相距較近時(shí)，F(xiàn)＝keq \f(q1q2,r2)不再適用，是否意味著兩球間不存在庫侖力的作用？

【提示】當(dāng)r較小時(shí)，不能用庫侖定律計(jì)算庫侖力的大小，但二者間仍存在庫侖力．

eq \([合作探討])

如圖1-2-4所示，兩帶電金屬球的球心相距為r，兩金屬球的半徑均為R，且不滿足r?R.

圖1-2-4

探討1：若兩球帶同種電荷，兩球間的庫侖力F與keq \f(q1q2,r2)間的大小關(guān)系如何？

【提示】 Feq \f(kq1q2,r2).

eq \([核心點(diǎn)擊])

1．庫侖定律的適用對(duì)象

(1)庫侖定律只適用于計(jì)算真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力；空氣中兩點(diǎn)電荷間的相互作用力也可以近似用庫侖定律計(jì)算．

(2)兩個(gè)規(guī)則的均勻帶電球體，相距比較遠(yuǎn)時(shí)，可以看成點(diǎn)電荷，也適用庫侖定律，二者間的距離就是球心間的距離．

2．應(yīng)用庫侖定律時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)應(yīng)用庫侖定律公式計(jì)算庫侖力時(shí)不必將表示電荷性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入公式中算出力的大小，力的方向根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則判斷即可．

(2)各物理量要統(tǒng)一用國(guó)際單位，只有采用國(guó)際單位時(shí)，k的值才是9.0×109 N·m2/C2.

3．庫侖力的疊加

(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)電荷間的單獨(dú)作用符合庫侖定律，求各庫侖力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則．

3．半徑相同的兩個(gè)金屬球A、B(可以看做點(diǎn)電荷)帶有相等的電荷量，相隔一定距離，兩球之間相互吸引力的大小是F，今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B兩球接觸后移開，這時(shí)A、B兩球之間的相互作用力的大小是( )

【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522004】

A.eq \f(F,8)B.eq \f(F,4)

C.eq \f(3F,8)D.eq \f(3F,4)

【解析】兩球相互吸引，說明帶異種電荷，設(shè)電荷量分別為q，假設(shè)A球帶正電，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)不帶電的小球C與A球接觸后，A、C兩球帶的電荷量平分，每球帶電荷量為＋eq \f(q,2)，當(dāng)再把C球與B球接觸后，兩球的電量先中和，再平分，每球的帶電量為－eq \f(q,4)，由庫侖定律F＝keq \f(q1q2,r2)可知，當(dāng)移開C球后，由于r不變，所以A、B兩球之間的相互作用力的大小為F1＝eq \f(F,8)，故正確答案為A.

【答案】 A

4．如圖1-2-5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：三角形邊長(zhǎng)為1 cm，B、C電荷量為qB＝qC＝1×10－5 C，A電荷量為qA＝－2×10－6 C，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1-2-5

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．180eq \r(3) N，沿∠BAC的角平分線

【解析】 qB、qC電荷對(duì)qA帶電金屬球的庫侖力大小相等，故：

F＝F1＝F2＝eq \f(kqAqB,r2)

＝eq \f(9×109×?1×10－6?×?2×10－6?,0.012) N＝180 N

兩個(gè)靜電力，夾角為60°，故合力為：

F′＝2Fcs 30°＝2×180 N×eq \f(\r(3),2)＝180eq \r(3) N

方向沿∠BAC的角平分線

故選D.

【答案】 D

計(jì)算庫侖力的基本步驟

(1)明確研究對(duì)象q1、q2，特別是電性和電荷量的關(guān)系．

(2)明確q1、q2之間的距離r.

(3)根據(jù)庫侖定律F＝keq \f(q1q2,r2)列方程．

(4)根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸確定力的方向．

學(xué) 習(xí) 目標(biāo)
知識(shí) 脈絡(luò)
1.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．(難點(diǎn))

2．理解庫侖定律的內(nèi)容及公式，并說明庫侖定律描述的客觀規(guī)律和適用條件．(重點(diǎn))

3．了解庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)，知道靜電力常量．
點(diǎn) 電荷
庫侖定律及庫侖的實(shí) 驗(yàn)

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