高中物理課件第1章 第2節(jié)《探究靜電力》（粵教版選修3-1）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第二節(jié)探究靜電力 1 當(dāng)帶電體間的 比它們自身的大小大得多 以致帶電體的形狀 大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響 時(shí) 這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn) 叫做 2 庫(kù)侖定律 在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力 跟它們的電荷量的乘積成 跟它們間的距離的二次方成 作用力的方向在它們的 上 其公式為 距離 很小 點(diǎn)電荷 正比 反比 連線 3 真空中有兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷 它們之間的相互作用力為F 若它們的帶電量都增加為原來(lái)的2倍 距離不變 它們之間的相互作用力變?yōu)?若它們的帶電量不變 距離增加為原來(lái)的2倍 它們之間的相互作用力變?yōu)?4F 知識(shí)點(diǎn)1點(diǎn)電荷 1 點(diǎn)電荷是有 沒(méi)有大小 形狀的 模型 2 一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷必須滿足的條件是 當(dāng)帶電體的大小比起它到其他帶電體的距離 時(shí) 帶電體的形狀和電荷分布對(duì)電荷間的作用力的影響 此時(shí)帶電體可視為 電荷量 理想 小很多 很小 點(diǎn)電荷 3 關(guān)于點(diǎn)電荷有以下兩種理解 甲同學(xué) 元電荷的電荷量是最小的 所以元電荷一定是 點(diǎn)電荷 乙同學(xué) 半徑為10cm的帶電圓盤(pán)一定不可能視為點(diǎn)電 荷 你認(rèn)為這兩種說(shuō)法對(duì)嗎 談?wù)勀愕目捶?答案 以上兩種說(shuō)法均是錯(cuò)誤的 點(diǎn)電荷與帶電體所帶電荷量多少無(wú)關(guān) 半徑為10cm的帶電圓盤(pán)能否視為點(diǎn)電荷要看具體情形 若考慮它和10m處某個(gè)電子的作用力 就完全可以忽略它的形狀 把它看做點(diǎn)電荷 若考慮帶電圓盤(pán)與相距只有1mm的電子的作用力 此時(shí)這一帶電圓盤(pán)又相當(dāng)于一個(gè)無(wú)限大的帶電平面 不能視為點(diǎn)電荷 1 點(diǎn)電荷是只有電荷量 沒(méi)有大小 形狀的理想化的模型 類(lèi)似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn) 實(shí)際中并不存在 2 帶電體能否看做點(diǎn)電荷是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的 不能單憑其所帶電量的多少以及大小和形狀確定 只有當(dāng)帶電體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶電體的線度時(shí) 才能當(dāng)做點(diǎn)電荷處理 3 電荷分布不變的均勻帶電球體 可等效為電荷量集中在 球心的點(diǎn)電荷 例1 關(guān)于點(diǎn)電荷 下列說(shuō)法中正確的是 A 體積小的帶電體B 球形帶電體C 帶電少的帶電體D 大小和形狀對(duì)作用力的影響可忽略的帶電體解析 點(diǎn)電荷不能理解為體積很小的電荷 也不能理解為電荷量很少的電荷 球形帶電體 有時(shí)可以作為點(diǎn)電荷 有時(shí)則不能 如要研究它與離它較近的電荷間的作用力時(shí) 就不能看成點(diǎn)電荷 而研究它與離它很遠(yuǎn)的電荷間的作用力時(shí) 就可以看成點(diǎn)電荷 因此 一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷 要視具體情況而定 答案 D 觸類(lèi)旁通 1 下列哪些物體可視為點(diǎn)電荷 C A 電子和質(zhì)子在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷B 體積和帶電荷量都很小的帶電體一定是點(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 知識(shí)點(diǎn)2庫(kù)侖定律的理解與應(yīng)用 1 庫(kù)侖定律的適用條件是 中的兩個(gè) 2 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力是一對(duì)作用力與反作用力 其大小 方向 且方向在兩者的 上 3 庫(kù)侖定律的表達(dá)式 其中k 9 0 109N m2 C2 叫做 真空 點(diǎn)電荷 相等 相反 連線 靜電力常量 觀點(diǎn)一 根據(jù)F k 從數(shù)學(xué)角度推出 當(dāng)r 0時(shí) 4 關(guān)于庫(kù)侖定律的理解有這樣幾種觀點(diǎn) 你認(rèn)為是否正 確 并請(qǐng)說(shuō)明理由 q1q2 r2 F r 時(shí) F 0 觀點(diǎn)二 兩個(gè)處在真空中可視為點(diǎn)電荷的帶電球 大球的電荷量大于小球的電荷量 關(guān)于兩球之間靜電力的大小關(guān)系 可以肯定 大球受到的靜電力一定大于小球受到的靜電力 成立 由此得到F 0 答案 觀點(diǎn)一的前半部分是錯(cuò)誤的 后半部分是正確的 q1q2r2從物理意義上分析 這種看法是錯(cuò)誤的 因?yàn)楫?dāng)r 0時(shí) 任何兩帶電體已不能看做點(diǎn)電荷 庫(kù)侖定律及其公式也就不再適用 F k q1q2r2 不能成立了 所以由此得出的結(jié)論是錯(cuò)誤的 但當(dāng) r 時(shí) 公式F k q1q2r2 根據(jù)F k 從數(shù)學(xué)角度分析r 0時(shí) F 似乎正確 但 觀點(diǎn)二也是錯(cuò)誤的 兩帶電球間的靜電力具有一般力的共性 符合牛頓第三定律 即 無(wú)論兩球帶電量大小 電性是怎樣的 它們之間的相互作用力總是大小相等 方向相反 在同一直線上 所以大球受到的靜電力一定等于小球受到的靜電力 1 庫(kù)侖定律定律的成立條件是真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用力 但空氣中兩點(diǎn)電荷間的相互作用力也可以近似用庫(kù)侖定律計(jì)算 兩個(gè)均勻帶電球體相距較遠(yuǎn)時(shí)也可視為點(diǎn)電荷 此時(shí)r指兩球體的球心距離 2 應(yīng)用庫(kù)侖定律公式計(jì)算庫(kù)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 只需將其電荷量的絕對(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另行判斷 3 庫(kù)侖定律的公式中各物理量要統(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 109N m2 C2 4 空間中有多個(gè)電荷時(shí) 某電荷所受的靜電力是其他所有 電荷單獨(dú)對(duì)其作用的靜電力的矢量和 力的合成 q1q2r2 例2 雙選 關(guān)于庫(kù)侖定律的公式F k 下列說(shuō)法正 確的是 A 當(dāng)真空中的兩點(diǎn)電荷間的距離r 時(shí) 它們之間的靜電力F 0B 當(dāng)真空中的兩點(diǎn)電荷間的距離r 0時(shí) 它們之間的靜電力F C 當(dāng)兩點(diǎn)電荷間的距離r 時(shí) 它們之間的靜電力F 0D 靜電力常量k的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)得出的 適應(yīng)的條件是真空中的兩點(diǎn)電荷 當(dāng) 不再成立 選項(xiàng)B錯(cuò) 靜電力常量的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn) 解析 公式F k q1q2r2 r 時(shí) 任何帶電體都可視為點(diǎn)電荷 但還必須滿足真空條件 選項(xiàng)A對(duì) C錯(cuò) 當(dāng)r 0時(shí) 兩電荷就不能看成點(diǎn)電荷了 公 式F k q1q2r2 得出的 選項(xiàng)D對(duì) 答案 AD 觸類(lèi)旁通 2 真空中有兩個(gè)半徑為R的帶電金屬球 兩球中心相距為r r 4R 設(shè)兩球帶電荷量絕對(duì)值分別為q1 q2 對(duì)于它們之間 的靜電作用力 下列說(shuō)法正確的是 解析 此題中 無(wú)論兩球帶何種性質(zhì)的電荷 兩球均不能視為點(diǎn)電荷 不成立 當(dāng)帶異種電荷時(shí) 電荷分布于兩球最近的一側(cè) 帶同種電荷時(shí) 電荷分布于兩球最遠(yuǎn)的一側(cè) 可判斷A B D錯(cuò) C正確 答案 C 例3 真空中兩個(gè)相同的帶等量異種電荷的小球A和B A B可看做點(diǎn)電荷 分別固定在兩處 兩球間的靜電力為F 用一個(gè)不帶電的同樣的小球C先和A接觸 再與B接觸 然后移去C 則A B兩球間的庫(kù)侖力是多少 題后反思 1 完全相同的金屬小球接觸后要等分總電荷 量 此處還應(yīng)注意C球與A B兩球的接觸順序 2 應(yīng)用庫(kù)侖定律公式計(jì)算庫(kù)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 觸類(lèi)旁通 3 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 它們間庫(kù)侖力的大小為r2 大小為 FA 12 B 3F4 C 4F3 D 12F C F 兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?則兩球間庫(kù)侖力的 1 解決三點(diǎn)電荷在同一直線上的靜電力平衡問(wèn)題 1 庫(kù)侖力是電荷間的一種相互作用力 若三個(gè)點(diǎn)電荷在同一直線上均處于靜電力平衡 則每個(gè)點(diǎn)電荷受到的另外兩個(gè)點(diǎn)電荷的庫(kù)侖力必定等大反向 2 根據(jù)平衡條件與庫(kù)侖定律可知 三個(gè)點(diǎn)電荷必須在一條直線上 位于中間的電荷量最小 中間電荷與兩側(cè)電荷異號(hào) 中間電荷與電荷量較小的電荷較近 即 三點(diǎn)共線 兩同夾異 兩大夾小 近小遠(yuǎn)大 例4 如圖1 2 1所示 在一條直線上有兩個(gè)相距0 4m的點(diǎn)電荷A B A帶電荷量為 Q B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)電荷處于靜電力平衡狀態(tài) 問(wèn) C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電 應(yīng)放于何處 所帶電荷量為多少 圖1 2 1 觸類(lèi)旁通 4 雙選 如圖1 2 3所示 同一直線上的三個(gè)點(diǎn)電荷q1 q2 q3 恰好都處于平衡狀態(tài) 且除相互作用的靜電力外不受其他外力作用 已知q1 q2間的距離是q2 q3間距離的2倍 下 列說(shuō)法正確的是 A 若q1 q3為負(fù)電荷 則q2也為負(fù)電荷B 若q1 q3為負(fù)電荷 則q2必為正電荷C q1 q2 q3 36 4 9 D q1 q2 q3 9 4 36 圖1 2 3 答案 BC 2 庫(kù)侖定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用結(jié)合庫(kù)侖定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析處理帶電體的問(wèn)題的方法與純力學(xué)問(wèn)題的分析方法一樣 要學(xué)會(huì)把電學(xué)問(wèn)題力學(xué)化 分析方法是 1 確定研究對(duì)象 如果有幾個(gè)物體相互作用時(shí) 要依據(jù)題意 適當(dāng)選取 整體法 或 隔離法 2 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 在受力分析時(shí)除了分析重 力 彈力 摩擦力等力學(xué)中常見(jiàn)力外 多了一個(gè)庫(kù)侖力 因此在受力分析時(shí)千萬(wàn)不可漏掉 3 列平衡方程 F合 0或Fx 0 Fy 0 或牛頓第二定律求 解 4 在應(yīng)用庫(kù)侖定律定量計(jì)算式 各量均應(yīng)采用國(guó)際單位 即 表達(dá)式中的r單位為m 電量q的單位是C 力的單位是 N 例5 如圖1 2 4所示 兩個(gè)帶等量異種電荷的小球 質(zhì)量均為2g 各用L 5 1cm長(zhǎng)的絕緣細(xì)線吊住 細(xì)線質(zhì)量不計(jì) 小球可看成質(zhì)點(diǎn) 當(dāng)懸點(diǎn)OO 相距d 4cm時(shí)兩球處于平衡 此時(shí)兩球各偏離豎直方向L 1cm 則每個(gè)小球的電荷量為多少 取g 10m s2 圖1 2 4 設(shè)懸線與豎直方向夾角為 根據(jù)平衡條件 有F mgtan 解得q 1 33 10 8C 故帶負(fù)電的小球所帶電荷量為 1 33 10 8C 帶正電的小球所帶電荷量為 1 33 10 8C 觸類(lèi)旁通 5 如圖1 2 6所示 兩個(gè)帶電球處于平衡狀態(tài) 且球心位于同一水平面 大球的電荷量大于小球的電荷量 可以肯定 A 兩球都帶正電B 小球受到的細(xì)繩拉力等于所受的重力C 大球受到的靜電力大于小球受到的靜電力 D 兩球受到的靜電力大小相等 圖1 2 6 解析 由題圖可知 兩帶電球相互排斥 則說(shuō)明兩球一定帶有同種電荷 但不能確定是正電荷 還是負(fù)電荷 故A錯(cuò) 兩帶電球間的靜電力是一對(duì)相互作用力 符合牛頓第三定律 故選項(xiàng)C錯(cuò) D對(duì) 對(duì)小球受力分析 受重力mg 庫(kù)侖力F 細(xì)繩拉力 利用三力平衡得出B錯(cuò) 答案 D 例6 帶電小球A和B放在光滑絕緣水平面上 質(zhì)量分 別為m1 2g m2 1g 所帶電荷量值q1 q2 10 7 C A帶正 電 B帶負(fù)電 現(xiàn)有水平向右的恒力F作用于A球 可使A B一起向右運(yùn)動(dòng) 且保持間距d 0 1m不變 試問(wèn)F多大 圖1 2 7 F電 9 10 3N 解 兩球相互吸引的庫(kù)侖力 kq1q2d2 A球和B球保持間距不變 可知兩球加速度相同 隔離B球 由牛頓第二定律得F電 m2a 把A球和B球看成整體 水平恒力F即其合外力 由牛頓第二定律得F m1 m2 a 代入數(shù)據(jù) 由 式得a 9m s2 由 式得F 2 7 10 2N 觸類(lèi)旁通 6 一根置于水平面上的光滑玻璃管 絕緣體 內(nèi)部有兩個(gè)完全一樣的彈性金屬球A B 帶電荷量分別為9Q和 Q 從圖1 2 8所示的位置由靜止開(kāi)始釋放 問(wèn)兩球再經(jīng)過(guò)圖中位置時(shí) 兩球的加速度是釋放時(shí)的多少倍 圖1 2 8 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全