2018年高中物理 第1章 靜電場 1.2 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、第一章 靜電場 第二節(jié) 庫侖定律,課標(biāo)解讀 1.知道點(diǎn)電荷的概念,了解理想化模型,體會理想化方法在科學(xué)研究中的作用. 2.理解庫侖定律的內(nèi)容及公式,明確庫侖定律的適用條件,并能應(yīng)用庫侖定律進(jìn)行定量計(jì)算. 3.了解庫侖扭秤實(shí)驗(yàn),知道靜電力常量. 4.對比靜電力和萬有引力,體會自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性.,課前自主學(xué)習(xí) 一?點(diǎn)電荷:當(dāng)實(shí)際帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離,以致帶電體的形狀?大小及電荷分布情況對它們之間作用力的影響可以忽略時(shí),可近似看做點(diǎn)電荷,它是一種理想化模型.,二?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,與它們電荷量的乘積成正比,與它們距離的二次方成反比,作用力的

2、方向在它們的連線上. 2.表達(dá)式 式中k叫做靜電力常量,k的數(shù)值是9.0109Nm2/C2,三?靜電力的疊加原理 對兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷,兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力不受其他電荷的影響,其中每一個(gè)電荷所受的總的靜電力,等于其他電荷單獨(dú)存在時(shí)對該點(diǎn)電荷的作用力的矢量和.,知識梳理圖,課堂互動探究 一?點(diǎn)電荷 1.點(diǎn)電荷是只有電荷量,沒有大小?形狀的理想化的模型,類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),實(shí)際中并不存在. 2.條件:如果帶電體之間的距離比它們的自身大小大得多,以至于帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響很小,就可以忽略形狀?大小等次要因素,只保留對問題有關(guān)鍵作用的電荷量,這樣的處理會使問題大為簡化,對結(jié)果又沒

3、有太大的影響,因此物理學(xué)上經(jīng)常用到此法.,3.一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷,是相對于具體問題而言的,不能單憑其大小和形狀. 如:一個(gè)半徑10 cm的帶電圓盤,如果考慮它和10 m處某個(gè)電子的作用力,就完全可以把圓盤看做點(diǎn)電荷;而如果這個(gè)電子離圓盤1 mm,那么這一帶電圓盤又相當(dāng)于一個(gè)無限大的帶電平面.,二?庫侖定律 1.內(nèi)容:真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們的距離的二次方成反比,作用力的方向沿著它們的連線. 2.公式:庫侖力(靜電力)的大小 其中,靜電力常量k=9.0109 Nm2/C2.,3.方向:在兩點(diǎn)電荷的連線上,同種電荷相斥,異種電荷相吸

4、. 4.適用范圍:適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用,對于不能看成點(diǎn)電荷的帶電體不能直接應(yīng)用庫侖定律求解,但我們可以用一組點(diǎn)電荷來代替實(shí)際的帶電體,從而完成問題的求解. 當(dāng)兩個(gè)電荷均靜止或只有其中一個(gè)電荷運(yùn)動時(shí),庫侖定律適用,或兩點(diǎn)電荷運(yùn)動速度不大的情況下,庫侖定律也是適用的.如果兩電荷運(yùn)動速度較大,庫侖定律就不再適用,所以我們說庫侖力為靜電力.,5.當(dāng)多個(gè)帶電體同時(shí)存在時(shí),每一個(gè)帶電體間的庫侖力仍遵守庫侖定律,某一帶正電體同時(shí)受到多個(gè)庫侖力作用時(shí),可以利用矢量求合的方法求出合力. 6.庫侖定律表明,庫侖力與距離是平方反比關(guān)系,這與萬有引力十分相似,雖然目前尚不清楚兩者是否存在內(nèi)在聯(lián)系,但利用

5、這一相似性,借助于類比方法,人們完成了許多問題的求解.,7.應(yīng)用庫侖定律解題應(yīng)注意的問題 ①在理解庫侖定律時(shí),有人根據(jù)公式 設(shè)想當(dāng)r→0時(shí)得出F→∞的結(jié)論,從數(shù)學(xué)角度分析是正確的,但從物理角度分析,這一結(jié)論是錯(cuò)誤的,錯(cuò)誤的原因是:當(dāng)r→0時(shí)兩個(gè)電荷已失去了作為點(diǎn)電荷的前提條件,何況實(shí)際電荷都有一定大小,根本不會出現(xiàn)r=0的情況,也就是當(dāng)r→0時(shí)不能用庫侖定律計(jì)算兩點(diǎn)電荷間的相互作用力.,②可將計(jì)算庫侖力大小和判斷方向兩者分別進(jìn)行,即用公式計(jì)算庫侖力大小時(shí),不必將表示Q1?Q2的帶電性質(zhì)的正?負(fù)號代入公式,只將其電荷量的絕對值代入公式中從而算出力的大小,力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥,異

6、種電荷互相吸引加以判斷,也可將Q1?Q2帶符號運(yùn)算,F為“+”表示斥力,F為“-”表示引力.,三?庫侖定律的應(yīng)用 1.在同一條直線上三個(gè)自由點(diǎn)電荷只受庫侖力的平衡規(guī)律 例:a?b兩個(gè)點(diǎn)電荷,相距40 cm,電荷量分別為q1和q2,且q1=9q2,都是正電荷;現(xiàn)引入點(diǎn)電荷c,這時(shí)a?b?c三個(gè)電荷都恰好處于平衡狀態(tài).試問:點(diǎn)電荷c的性質(zhì)是什么,電荷量多大?它放在什么地方? 分析:點(diǎn)電荷c應(yīng)為負(fù)電荷,否則三個(gè)正電荷相互排斥,永遠(yuǎn)不可能平衡.,由于每一個(gè)電荷都受另外兩個(gè)電荷的作用,三個(gè)點(diǎn)電荷只有處在同一條直線上,且c在a?b之間才有可能都平衡. 設(shè)c與a相距x,則c?b相距(0.4-x),如果點(diǎn)電荷

7、c的電荷量為q3,根據(jù)二力平衡原理可列平衡方程:,顯見,上述三個(gè)方程實(shí)際上只有兩個(gè)是獨(dú)立的,解這些方程,可得有意義的解: x=30 cm(c在a?b連線上,與a相距30 cm,與b相距10 cm). q3= q2= q1,即q1:q2:q3= (q1?q2為正電荷,q3為負(fù)電荷). 總結(jié):要三個(gè)點(diǎn)電荷受庫侖力平衡,則三個(gè)點(diǎn)電荷一定在一條直線上,且同種電荷在兩邊,中間為異種電荷,中間電荷電量最小,旁邊與中間的距離近,電量應(yīng)小,距離遠(yuǎn)電量應(yīng)大,可簡單記為“同夾異?大夾小,近小遠(yuǎn)大”.,2.庫侖定律與力學(xué)綜合 庫侖定律給出了兩個(gè)點(diǎn)電荷作用力的大小及方向,庫侖定律畢竟也是一種力,同樣遵從力

8、的合成與分解的法則,遵從牛頓定律等力學(xué)基本規(guī)律,動能定理,共點(diǎn)力平衡等力學(xué)知識和方法,在本章一樣適用,這就是電學(xué)問題?力學(xué)方法.,典例分析 一?對庫侖定律適用條件的理解 例1:兩個(gè)半徑為R的帶電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( ),解析:因?yàn)閮汕蛐木嚯x不比球的半徑大很多,所以不能看做點(diǎn)電荷,必須考慮電荷在球上的實(shí)際分布.當(dāng)q1?q2是同種電荷時(shí),相互排斥,分布于最遠(yuǎn)的兩側(cè),電荷中心距離大于3R;當(dāng)q1?q2是異種電荷時(shí),相互吸引,分布于最近的一側(cè),電荷中心距離小于3R,如下圖(a)?(b所示.所以靜電力可能小于 也可能大于 所以D選項(xiàng)正確.,答

9、案:D,名師點(diǎn)撥:庫侖定律反映真空中靜止點(diǎn)電荷間靜電力的規(guī)律,但帶電體看成點(diǎn)電荷是有條件的,應(yīng)首先明確帶電體是否可看做電荷量集中于球心的點(diǎn)電荷,然后分析帶電情況,再根據(jù)庫侖定律進(jìn)行有關(guān)判斷.,[鞏固練習(xí)] 1.關(guān)于對庫侖定律的理解和應(yīng)用,下列說法正確的是 ( ) A.兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量分別為q1和q2,它們之間的距離為r,則當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)電荷帶同種電荷時(shí),它們之間的庫侖力 帶異種電荷時(shí) B.兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量分別是q1和q2,相距為r.在它們之間放一厚度略小于r的玻璃板,則它們之間的庫侖力為,C.真空中相距為r的兩點(diǎn)電荷A?B電荷量分別為q1和q2,則它們之間的庫侖力 D.根據(jù) 知,

10、當(dāng)兩個(gè)帶電體相距很近時(shí),r→0時(shí),它們之間的庫侖力會無窮大,解析:用庫侖定律計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力時(shí),不論是引力還是斥力,都是適用的故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;庫侖定律的適用條件是真空中的點(diǎn)電荷,中間隔有玻璃板(絕緣體)時(shí)公式 不再適用,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)r很小時(shí),兩個(gè)帶電體已不能視為點(diǎn)電荷了,這時(shí)公式不再適用,故D選錯(cuò)誤.C選項(xiàng)正確.,答案:C,二?庫侖定律公式的應(yīng)用 例2:如右圖所示,半徑相同的兩個(gè)金屬小球A?B帶有電荷量相等的電荷(可視作點(diǎn)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(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為( )

11、,A.吸引力, B.吸引力, C.排斥力, D.排斥力,,解析:因A?B間有吸引力,故A?B帶異種電荷,設(shè)A的電荷量qA=+Q,則B的電荷量qB=-Q,又C不帶電,它與A接觸后,qc=qA′= ,再與B接觸 qc′= =qB′ 根據(jù)庫侖定律 F′= ,所以F′,答案:A,名師點(diǎn)撥:兩個(gè)完全相同的帶電體,相互接觸后電荷量中和后,剩余的凈電荷平均分配,然后再根據(jù)庫侖定律解決相關(guān)問題.,[鞏固練習(xí)] 2.真空中有兩個(gè)點(diǎn)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( ),解析:靈活

12、處理庫侖定律中各個(gè)量之間的關(guān)系. 設(shè)點(diǎn)電荷的電荷量分別為q1和q2,由庫侖定律得 ① 當(dāng)電荷量都增大到原來的2倍時(shí)作用力仍為F,設(shè)間距為r′,則 ② 由①②可得r′=2r.,答案:C,三?靜電力作用下物體的平衡問題 例3:如右圖所示,質(zhì)量均為m的三個(gè)帶電小球A?B?C放在光滑絕緣的水平面上,彼此相距均為L,A?B球帶正電,電荷量分別為qA=8q,qB=q,若在C球上加一個(gè)水平向右的恒力F,使A?B?C三球始終保持L的間距運(yùn)動,求力F的大小和C球的帶電荷量.,解析:因三球距離一定,相對靜止,故三球時(shí)刻具有相同的加速度,因A?B帶正電,只有C帶負(fù)電,才能使A合外力

13、向右,因三個(gè)物體的加速度向右,設(shè)C球帶電荷量為qC. 對三個(gè)小球A?B?C,由牛頓第二定律 F=3ma,名師點(diǎn)撥:帶電體之間存在庫侖力的作用,與力學(xué)中解決問題的方法是相同的,此題是力學(xué)中牛頓定律的問題中連結(jié)體問題,用隔離法和整體法來處理.,[鞏固練習(xí)] 3.兩個(gè)質(zhì)量分別是m1?m2的小球,各用長為L的絲線懸掛在同一點(diǎn),當(dāng)兩球分別帶同種電荷,且電荷量分別為q1,q2時(shí),兩絲線張開一定的角度θ1?θ2,如下圖所示,則下列說法正確的是( ) A.若m1>m2,則θ1>θ2 B.若m1=m2,則θ1=θ2 C.若m1θ2 D.若q1=q2,則θ1=θ2,解析:這是一道帶電體平衡問題,分析方法仍然與力學(xué)中物體的平衡方法一樣. 答案:BC,