高中物理 第1章 靜電場 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,,(教師參考) 一、教學(xué)目標(biāo) 知識與技能 1.掌握庫侖定律,知道點(diǎn)電荷的概念,理解庫侖定律的含義及其公式表達(dá),知道靜電力常量 2.會用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算 3.知道庫侖扭秤的實(shí)驗(yàn)原理 過程與方法 通過演示讓學(xué)生探究影響電荷間相互作用力的因素,再得出庫侖定律 情感態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生的觀察和探索能力,,二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 掌握庫侖定律及其適用條件 教學(xué)難點(diǎn) 會用庫侖定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算 三、重難點(diǎn)突破方略 庫侖定律的突破方略 【實(shí)驗(yàn)演示】 用與絲綢摩擦過的有機(jī)玻璃棒反復(fù)多次使大球O帶正電,再用絲線將小球懸于鐵架臺,與大球O之間的距離較近. 【教師演示1與設(shè)問】 將小球逐漸遠(yuǎn)離大球O,如圖所示,并提問. (1)將小球與大球O的距離增大,偏角如何變化?,答案:偏角減小.,,(2)偏角越小,說明小球所受作用力如何變化?同時(shí)也說明小球所受作用力大小與兩球距離大小有什么關(guān)系? 答案:偏角越小,作用力越小,同時(shí)也說明小球所受作用力的大小隨兩球距離的增大而減小. 【教師演示2與設(shè)問】 保持大球O、小球所放位置不動,增大或減小大球O所帶電荷量. (1)大球O的帶電荷量增多,偏角如何變化? 答案:偏角增大. (2)偏角越大,說明小球所受作用力如何變化?同時(shí)也說明小球所受作用力大小與大球O的帶電荷量多少有什么關(guān)系? 答案:偏角越大,作用力越大,同時(shí)也說明小球所受作用力大小隨大球O帶電荷量的增多而增大. 【教師總結(jié)】 與電荷間相互作用力有關(guān)的因素 (1)兩電荷間距離:距離越近,電荷間相互作用力越大. (2)兩電荷電荷量:電荷量越大,電荷間相互作用力越大.,自主學(xué)習(xí),課堂探究,達(dá)標(biāo)測評,自主學(xué)習(xí) 課前預(yù)習(xí)感悟新知,,(教師參考) 情境鏈接一 在桌上放兩摞書,把一塊潔凈的玻璃板墊起來,使玻璃板離開桌面2～3 cm.在寬0.5 cm的紙條上畫出各種舞姿的人形,用剪刀把它們剪下來,放在玻璃板下面.然后再用一塊硬泡沫塑料在玻璃板上摩擦,就可以看到小紙人翩翩起舞了.如果實(shí)驗(yàn)前用一根火柴把“跳舞區(qū)”烤一烤,實(shí)驗(yàn)效果更好.用一塊硬泡沫塑料在玻璃板上摩擦是為了達(dá)到什么樣的目的?小紙人翩翩起舞是受到了什么力作用?,,信息 1.泡沫塑料摩擦玻璃板,使玻璃板摩擦起電;火柴烤過的跳舞區(qū)絕緣效果加強(qiáng),電荷不易導(dǎo)走. 2.帶電的玻璃板使小紙人產(chǎn)生靜電感應(yīng). 3.玻璃板與小紙人之間有靜電力的作用,玻璃板上的電荷量變化,靜電力變化.,情境鏈接二 將兩個(gè)氣球充氣后掛起來,讓它們剛好碰在一起,如圖(a)所示.用毛織品分別摩擦兩個(gè)氣球相接觸的部分,如圖(b)所示.放開氣球后,觀察到兩個(gè)氣球不再碰在一起,而是向兩側(cè)偏離了,如圖(c)所示. 1.你能得到什么信息或結(jié)論,產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是什么?,,信息 1.兩個(gè)氣球上被毛織品摩擦過的部分帶上相同電性的電荷,由于斥力的作用,使兩個(gè)氣球向兩側(cè)偏離. 2.氣球上的電荷量越多,氣球間相互作用力就越大.,2.若用毛織品摩擦使兩個(gè)氣球得到的電荷越多,兩個(gè)氣球向兩側(cè)偏離的角度是否越大?,教材梳理,一、探究影響電荷間相互作用力的因素 閱讀教材第5頁內(nèi)容,了解影響電荷之間作用力的兩個(gè)因素.,越小,越大,增大,減小,想一想 教材第5頁的實(shí)驗(yàn)是屬于探究性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的是控制變量法還是等效法? 答案:實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了控制變量法.,二、庫侖定律 閱讀教材第6頁“庫侖定律”部分,大致說出庫侖定律的內(nèi)容,知道點(diǎn)電荷的概念. 1.靜電力: 間的相互作用力叫靜電力,也叫庫侖力. 2.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電荷之間的 的影響可以忽略.,電荷,大得多,作用力,3.內(nèi)容,點(diǎn)電荷,乘積,二次方,連線,9.0109 Nm2/C2,,議一議 為什么說點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型? 答案:因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中沒有形狀和大小的帶電體是不存在的,所以說點(diǎn)電荷是一種理想化的物理模型. 三、疊加原理 分析教材第8頁“例題2”中點(diǎn)電荷q3的受力,說出求其合力所用的法則. 兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力,等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對這個(gè)電荷的作用力的 .,矢量和,自主檢測,1.(多選)庫侖定律的適用范圍是( ) A.真空中兩個(gè)帶電球體間的相互作用 B.真空中任意帶電體間的相互作用 C.真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用 D.真空中兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離時(shí)的相互作用,CD,2.關(guān)于點(diǎn)電荷,下列說法正確的是( ) A.電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷 B.均勻帶電的絕緣球體在計(jì)算庫侖力時(shí)一定能視為點(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:某一帶電體能否看做點(diǎn)電荷,不僅和帶電體本身有關(guān),還取決于問題的性質(zhì)和精度的要求,即需要具體問題具體分析;如果在研究的問題中,帶電體的形狀、大小以及電荷分布可以忽略不計(jì),即可將它看做是一個(gè)點(diǎn)電荷.電子或質(zhì)子因研究問題的不同,也不一定能看做點(diǎn)電荷,故選項(xiàng)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,但也有不能視為點(diǎn)電荷的情況,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;帶電的細(xì)桿在它的大小相比于研究的范圍來說可以忽略不計(jì)時(shí),可以視為點(diǎn)電荷,故選項(xiàng)C正確;帶電的金屬球在它的大小相比于研究的范圍來說可以忽略不計(jì)時(shí),可以視為點(diǎn)電荷,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,C,,C,A,,解析:庫侖定律適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力,選項(xiàng)A正確;兩帶電體非常接近時(shí),由于會影響到兩帶電小球的電荷量的分布,不能使用庫侖定律,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;兩電荷間的作用力是一對相互作用力,大小相等,與電荷量是否相等無關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;D選項(xiàng)中的兩個(gè)帶電金屬球的距離太近,影響了電荷的分布,庫侖定律不再適用,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,課堂探究 核心導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)探究,要點(diǎn)一,庫侖定律的理解及基本應(yīng)用,【問題導(dǎo)引】 如圖所示,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,比較小球在不同位置所受帶電體的作用力的大小;使小球處于同一位置,增大或減小小球所帶的電荷量,比較小球所受作用力的大小? 由探究可知哪些因素影響電荷間的相互作用力?這 些因素對作用力的大小有什么影響?,答案:圖中受力由大到小的三個(gè)位置的排序?yàn)镻1,P2,P3;增大小球所帶的電荷量,小球受到的作用力增大;減小小球所帶的電荷量,小球受到的作用力減小.電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大,隨著電荷間距離的增大而減小.,【要點(diǎn)歸納】 1.庫侖力大小計(jì)算: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)號代入公式,只代入q1和q2的絕對值即可. 2.庫侖力方向判斷:利用同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來判斷. 注意: (1)庫侖定律只適用于真空中點(diǎn)電荷之間的相互作用. (2)兩個(gè)形狀規(guī)則的均勻球體相距較遠(yuǎn)時(shí)可以看做點(diǎn)電荷;相距較近時(shí)不能看做點(diǎn)電荷,因?yàn)榍蝮w間的作用力會隨著電荷的分布而變化.,,B,?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? 答案: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)開始時(shí),金屬小球A,B是同種電荷還是異種電荷?C球與A接觸后再與B接觸,電荷分配規(guī)律如何? 答案:開始時(shí),金屬小球A,B相互吸引,即帶異種電荷.相同金屬小球相互接觸后移開,同種電荷電荷量平分,異種電荷電荷量先中和再平分.,,物理模型 點(diǎn)電荷 (1)點(diǎn)電荷是只有電荷量,沒有大小、形狀的理想化模型,類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),實(shí)際中并不存在. (2)一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷,是相對于具體問題而言的,不能單憑其大小和形狀確定. (3)帶電體可看做點(diǎn)電荷的幾種情況 ①均勻帶電球體,半徑為R.a.若電荷分布不變,研究rR的任何點(diǎn)的電場分布時(shí),可看成點(diǎn)電荷,與電荷量集中在球心的點(diǎn)等效;b.若電荷分布是可改變的,在附近放另一個(gè)電荷時(shí),其表面電荷量的分布發(fā)生改變,就不能看成點(diǎn)電荷;c.若研究的位置離得很遠(yuǎn)(r?R),就可以把球看成點(diǎn)電荷. ②板狀帶電體或桿狀帶電體,對于附近的其他電荷,均不能看成點(diǎn)電荷,只有研究的位置到帶電體的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其線度時(shí),才能當(dāng)成點(diǎn)電荷處理.,,(教師備用) 變式:若兩金屬球A,B不能看做點(diǎn)電荷,通過上述過程,兩金屬球A,B間的作用力有怎樣的關(guān)系?,,,,例1-1:半徑為R的兩個(gè)較大勻質(zhì)金屬球放在絕緣桌面上,若兩球都帶等量同種電荷Q時(shí)相互之間的庫侖力為F1,兩球帶等量異種電荷Q與-Q時(shí)庫侖力為F2,則( ) A.F1F2 B.F1F2 C.F1=F2 D.無法確定,B,,針對訓(xùn)練1:(2016四川雅安中學(xué)期中)兩個(gè)完全相同的小金屬球(皆可視為點(diǎn)電荷),所帶電荷量之比為5∶1,它們在相距一定距離時(shí)相互作用的吸引力為F1,如果讓它們充分接觸后再放回各自原來的位置上,此時(shí)相互作用力變?yōu)镕2,則F1∶F2為( ) A.5∶2 B.5∶4 C.5∶6 D.5∶9,B,要點(diǎn)二,電荷的平衡問題,【問題導(dǎo)引】 當(dāng)我們學(xué)習(xí)了電荷間的庫侖力后,經(jīng)常會遇到帶電體間的平衡問題,例如三個(gè)點(diǎn)電荷在同一條直線上,在靜電力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí),每個(gè)點(diǎn)電荷都受其他兩個(gè)點(diǎn)電荷對它的靜電力作用. (1)它們的受力情況及滿足的關(guān)系如何?,答案：(2)它們遵循的規(guī)律為 ①三個(gè)點(diǎn)電荷的位置關(guān)系是“三者共線、兩同夾異”,即兩側(cè)的電荷電性相同,并都與中間電荷的電性相反. ②三個(gè)點(diǎn)電荷電荷量的關(guān)系是“兩大夾小、近小遠(yuǎn)大”,即中間的電荷量最小,而兩側(cè)電荷中,電荷量較小的一個(gè)離中間電荷較近.,(2)它們的電性、位置有怎樣的規(guī)律?,(教師備用) 【要點(diǎn)歸納】 1.庫侖力可以與其他的力平衡,分析問題的思路與方法完全是力學(xué)問題的思路與方法. 2.分析庫侖力平衡的基本方法:(1)明確研究對象;(2)畫出研究對象的受力分析圖;(3)根據(jù)平衡條件列方程;(4)代入數(shù)據(jù)計(jì)算或討論.,,【例2】 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F1,F2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?,D,,規(guī)律方法 帶電體平衡問題的一般處理方法 (1)一般的處理方法: ①受力分析:分清受什么力; ②狀態(tài)分析:平衡狀態(tài)還是其他狀態(tài); ③根據(jù)規(guī)律列方程求解.要熟練掌握庫侖定律.,,,AC,,例2-2: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q3的電荷量及正負(fù)有無要求?,,,(2)若以上三個(gè)電荷皆可自由移動,要使它們都處于平衡狀態(tài),對q3的電荷量及電性有何要求? (3)若q1=q,第(2)問中的答案又如何?,,答案:見解析,針對訓(xùn)練2:如圖電荷量為q1和q2的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于P點(diǎn)和Q點(diǎn).已知放在P,Q連線上某點(diǎn)R處的點(diǎn)電荷q受力為零,且PR=2RQ.則( ) A.q1=2q2 B.q1=4q2 C.q1=-2q2 D.q1=-4q2,,B,要點(diǎn)三,庫侖定律在動力學(xué)中的綜合應(yīng)用,【問題導(dǎo)引】 庫侖定律給出了兩個(gè)點(diǎn)電荷間作用力的大小和方向,在由庫侖力參與下的帶電體的力學(xué)問題中,力學(xué)規(guī)律是否還成立,處理問題的方法怎樣? 答案:庫侖力是一種“性質(zhì)力”,與重力、彈力、摩擦力一樣.在進(jìn)行力的合成與分解時(shí)同樣遵循平行四邊形定則,遵循共點(diǎn)力的平衡條件、牛頓運(yùn)動定律等力學(xué)基本規(guī)律.因此,處理庫侖力參與的力學(xué)問題實(shí)際就是力學(xué)規(guī)律方法的應(yīng)用,不過增加了庫侖力而已.,,(教師備用) 【要點(diǎn)歸納】 對受力物體而言,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3】 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),求b球的初始加速度.,,?思路探究? (1)由于不知道三球之間的作用力的大小和方向,我們可以用假設(shè)的方法討論各力的關(guān)系.若設(shè)a對b的作用力為Fab,b對a的作用力為Fba,則Fab與Fba之間存在什么關(guān)系? 答案:由牛頓第三定律可知Fab=-Fba. (2)運(yùn)用(1)中設(shè)定力的方法,請寫出三球的合力的表達(dá)式. 答案:F合a=Fba+Fca,F合b=Fcb+Fab,F合c=Fbc+Fac. (3)在(2)的合力表達(dá)式中,由牛頓第三定律,你還能找出哪些作用力與反作用力的關(guān)系式? 答案:Fca=-Fac,Fcb=-Fbc.,,解析:設(shè)a的加速度為a,則a0=1 m/s2,由牛頓第二定律, 對a球有Fba+Fca=-ma0, 對c球有Fac+Fbc=3ma0, Fca和Fac為一對作用力和反作用力,即Fca=-Fac 同理-Fba=Fab,Fcb=-Fbc. 解得Fba+Fbc=2ma0,Fab+Fcb=-2ma0, 對b球有Fab+Fcb=mab,得ab=-2 m/s2.,答案:2 m/s2 方向向左,規(guī)律方法 庫侖力的特點(diǎn) 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫侖力遵循牛頓第三定律,不論電荷量大小如何,兩點(diǎn)電荷間庫侖力大小總是相等,方向相反.,,(教師備用) 例3-1:如圖所示,在光滑絕緣的水平面上沿一直線等距離排列三個(gè)小球A, B,C,三球質(zhì)量均為m,A與B,B與C相距均為L(L比球半徑r大得多).若小球均帶電,且qA=+10q,qB=+q,為保證三球間距不發(fā)生變化,將一水平向右的恒力F作用于C球,使三者一起向右勻加速運(yùn)動.求: (1)F的大小; (2)C球的電性和電荷量.,,,例3-2:長為L的絕緣細(xì)線下系一帶正電的小球,其帶電荷量為Q,懸于O點(diǎn),如圖所示.當(dāng)在O點(diǎn)另外固定一個(gè)正電荷時(shí),如果球靜止在A處,則細(xì)線拉力是重力mg的兩倍.現(xiàn)將球拉至圖中B處(θ=60),放開球讓它擺動,問: (1)固定在O處的正電荷的帶電荷量為多少?,,,(2)球擺回到A處時(shí)懸線拉力為多少?,,答案：(2)3mg,,,(2)求乙球在速度最大時(shí)兩球之間的距離; (3)請定性地描述乙球在釋放后的運(yùn)動情況(說明速度的大小變化及運(yùn)動方向的變化情況).,(3)乙球先做遠(yuǎn)離甲球的運(yùn)動,速度先增大后減小,然后又反向做速度先增大后減小的運(yùn)動,返回到釋放點(diǎn)B后,再重復(fù)前面的運(yùn)動,之后就在B點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)之間做往復(fù)運(yùn)動.,答案：(2)2l0 (3)見解析,,(教師參考) 【教材探究】 教材P6,庫侖總結(jié)出的庫侖定律表達(dá)式與牛頓的萬有引力定律的表達(dá)式具有如此相同的形式,那么兩個(gè)定律有哪些異同點(diǎn)?,答案:,達(dá)標(biāo)測評 隨堂演練檢測效果,C,1.已知點(diǎn)電荷A的電量是點(diǎn)電荷B的2倍,則A對B作用力大小跟B對A作用力大小的比值為( ) A.2∶1 B.1∶2 C.1∶1 D.不確定,,解析:A對B的作用力大小跟B對A的作用力大小是屬于作用力與反作用力,兩者大小相等,即1∶1,所以選項(xiàng)C正確,A,B,D錯(cuò)誤.,,3.(2016甘肅省會寧縣一中期中)某同學(xué)為了探究影響電荷間相互作用力的因素,進(jìn)行了以下的實(shí)驗(yàn): (1)如圖所示,M是一個(gè)放在絕緣支柱上帶正電的物體, 把系在絲線上的帶正電的輕質(zhì)小球先后掛在P1,P2,P3位置, 發(fā)現(xiàn)絲線偏離豎直方向的角度逐漸變小.這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明 電荷之間的作用力 . (2)若實(shí)驗(yàn)測得放在絕緣支柱上的帶電體的質(zhì)量為M、帶電荷量為Q,帶電輕質(zhì)小球質(zhì)量為m、帶電荷量為q,處在P1位置時(shí)絲線與豎直方向的偏角為α,輕質(zhì)小球與帶電體M的球心在同一水平線上,則輕質(zhì)小球所受庫侖力的大小為 ,帶電體M所受庫侖力的大小為 .,,解析 :(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明電荷之間的作用力隨著距離的增大而減小. (2)對小球受力分析,由平衡知識可知,輕質(zhì)小球所受庫侖力的大小為mgtan α;因作用力是相互的,故帶電體M所受庫侖力的大小為mgtan α.,答案: (1)隨著距離的增大而減小 (2)mgtan α mgtan α,4.如圖所示,在一條直線上的三點(diǎn)分別放置QA=+310-9C,QB=-410-9C, QC=+310-9C的A,B,C點(diǎn)電荷,試求作用在點(diǎn)電荷A上的靜電力的大小.,,答案:9.910-4N,(教師參考) 課堂小結(jié),,謝謝觀賞！,