2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 第2節(jié) 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

《2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 第2節(jié) 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 第2節(jié) 庫侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt（55頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2節(jié) 庫侖定律,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解探究電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系的實驗過程.2.知道點電荷的概念,明確實際帶電體看做點電荷的條件.3.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件,會用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)的計算.4.了解庫侖扭秤實驗,知道靜電力常量.,基礎(chǔ)知識,核心要點,學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識 探究,教材探究,知識點一,探究影響電荷間相互作用力的因素,【問題導(dǎo)學(xué)】 如圖為教材P3演示實驗1.2=1,O是一個帶正電的物體,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.,(1)若保持小球的帶電荷量不變,將懸點由P1依次移至P3,發(fā)現(xiàn)細(xì)線與豎直方向的夾角變小,小球所受作用力大小如何變化?可以猜想帶電體之間的作用力大小與什么因素有關(guān)?是什么規(guī)律變化關(guān)系? (2)若保持小球位置不變,增大(或減小)小球所帶的電荷量,發(fā)現(xiàn)細(xì)線與豎直方向的夾角變大(或變小),說明小球所受作用力的大小如何變化?可以猜想帶電體之間的作用力大小與什么因素有關(guān)?是什么規(guī)律變化關(guān)系?,,答案:(1)減小;兩者間的距離;帶電體間的作用力隨距離的增大而減小. (2)增大(或減小);兩者所帶的電荷量;電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大.,【知識梳理】 實驗結(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 .,增大,減小,知識點二,庫侖定律 點電荷,【問題導(dǎo)學(xué)】 (1)電荷之間的作用力與萬有引力很相似,結(jié)合萬有引力的“平方反比”規(guī)律,試猜想電荷間的作用力是什么樣的定量關(guān)系?,,答案:(1)電荷間的作用力與電荷量的乘積成正比,與兩者距離的平方成反比.,(2)點電荷的概念與質(zhì)點相類似,一個物體能被視為質(zhì)點的條件是什么?實際帶電體的形狀、大小及電荷分布對問題的研究無影響時,能否可以將其看成一個帶電荷量的點?,,答案:(2)物體的形狀、大小對問題的研究無影響;能.,【知識梳理】 1.庫侖定律內(nèi)容:真空中兩個 點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的 成正比,與它們的距離的 成反比,作用力的方向在它們的 上. 2.庫侖定律公式:F= ,其中k叫做靜電力常量,k= Nm2/C2. 3.點電荷的特點 (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它們之間的作用力的影響可以 . 4.疊加原理:兩個或兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力,等于各點電荷單獨對這個電荷的作用力的 .,靜止,乘積,連線,二次方,9.0109,大得多,忽略,矢量和,思考判斷,1.點電荷是一個帶有電荷的幾何點,它是實際帶電體的抽象,是一種理想化模型.( ) 2.球形帶電體一定可以看做點電荷.( ) 3.很大的帶電體也有可能看做點電荷.( ) 4.根據(jù)庫侖定律,只有兩點電荷電荷量相等時,它們間的庫侖力才相等. ( ) 5.庫侖定律只適用于計算真空中的兩個點電荷之間的庫侖力.( ),√,,√,,√,核心要點 突破,要點一,庫侖定律的理解和基本應(yīng)用,1.庫侖力的方向判斷 兩個靜止點電荷之間的庫侖力 ?,沿兩電荷的連線,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引. 2.庫侖力的大小計算 公式F=k (k=9.0109 Nm2/C2),適用于真空中(空氣中也近似成立)兩個靜止的點電荷?,用該公式計算庫侖力大小時,只將其電荷量的絕對值代入即可.,?兩個點電荷之間相互作用的庫侖力遵守牛頓第三定律.不要認(rèn)為電荷量大的電荷對電荷量小的電荷作用力大. ?1)當(dāng)r→0時,電荷不能再看成點電荷,庫侖定律不再適用,更不能認(rèn)為F→∞. 2)兩個規(guī)則的帶電球體相距比較近時,不能被看做點電荷,此時兩帶電球體之間的作用距離會隨所帶電荷量的改變而改變,如圖.,,狀元心得,,?思路探究? 庫侖定律適用條件是什么? 答案:(1)真空中;(2)靜止的;(3)點電荷.,答案:C,點電荷的理解誤區(qū) 同一帶電體,在不同問題中有時可以看做點電荷,有時不能看做點電荷.帶電體能否看做點電荷,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.,,誤區(qū)警示,【針對訓(xùn)練1】 A,B兩個點電荷間距離恒定,當(dāng)其他電荷移到A,B附近時,A, B之間的庫侖力將( ) A.可能變大 B.可能變小 C.一定不變 D.不能確定,C,,,?思路探究? (1)金屬小球A,B之間的靜電力能運用庫侖定律求解嗎? (2)開始時,金屬小球A,B是同種電荷還是異種電荷? (3)幾個金屬小球反復(fù)接觸過程中,電荷分配遵循什么規(guī)律? 答案:(1)能.金屬小球A,B之間相距較遠(yuǎn),金屬小球A,B可以看做點電荷,能運用庫侖定律求解它們之間的靜電力. (2)可能是同種電荷,也可能是異種電荷. (3)電荷分配遵循電荷守恒定律,同種電荷電荷量平分,異種電荷電荷量先中和再平分.,,答案:AC,C,,解析:庫侖定律的適用條件為點電荷或均勻帶電球(或球殼).若兩球為絕緣球,電荷均勻分布在球面上,則可以直接用庫侖定律求出庫侖力,因此F2=k ;若為金屬球,由于兩球間距離較近,球上的電荷間存在相互作用力,電荷并不是均勻分布的,相互靠近的一側(cè)電荷分布較密集,此時不能將兩帶電球看做點電荷,所以不能用庫侖定律求解,選項C正確.,要點二,庫侖力作用下的平衡問題,1.分析庫侖力平衡?基本方法 (1)明確研究對象. (2)畫出研究對象a的受力分析圖. (3)根據(jù)平衡條件列方程. (4)代入數(shù)據(jù)計算或討論. 2.三電荷的平衡模型?的特點 (1)平衡條件:每個點電荷受到的兩個庫侖力等大反向. (2)模型規(guī)律 ①“兩同夾一異”——正負(fù)電荷相互間隔. ②“兩大夾一小”——中間電荷的電荷量最小.,③“近小遠(yuǎn)大”——與中間的電荷靠近的電荷其電荷量較小.,?庫侖力作用下的平衡問題也是力學(xué)平衡問題,不過增加了庫侖力,解決方法相同,常用方法有合成法和正交分解法. ?1)三電荷平衡模型規(guī)律,限于三個共線的自由電荷僅在靜電力的作用(不受其他力)下且三個電荷都處于平衡狀態(tài)時成立. 2)q1,q3對q2要么同排斥,要么同吸引,故q1,q3電性必相同;q2,q3對q1一個排斥一個吸引,故q2與q1,q3電性必相反,可得“兩同夾一異”.,,狀元心得,,考查角度1:三自由電荷的平衡 【例3】 在真空中有兩個相距r的點電荷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點電荷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?,,?思路探究? (1)若q1,q2是固定的,要使q3平衡,則q1,q2對q3的靜電力要滿足什么條件? (2)如果q1,q2,q3三者都是不固定的,要使它們都處于平衡狀態(tài),則三個電荷受的靜電力應(yīng)滿足什么條件? 答案:(1)q1,q2對q3的靜電力大小相等、方向相反. (2)要同時使三個電荷受的靜電力的合力都等于零.,,答案:(1)在q1的外側(cè)距離為r處,對q3的電性和電荷量均沒有要求,(2)若以上三個電荷皆可自由移動,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?,,答案:(2)電荷量為4q,帶正電,(3)若q1=q,第(2)問中的答案又如何?,,三電荷平衡列方程技巧 三個電荷都處于平衡狀態(tài),可以分別對三個電荷列平衡方程,本題中只需列兩個方程便可求解.,,方法技巧,【針對訓(xùn)練3】 如圖所示,在一條直線上有兩個相距0.4 m的點電荷A,B,A所帶電荷量為+Q,B所帶電荷量為-9Q.現(xiàn)引入第三個點電荷C,恰好使三個點電荷都處于平衡狀態(tài).C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷?放于何處?所帶電荷量為多少?,,考查角度2:多種力的綜合性平衡 【例4】 (2018山東棗莊市滕州二中高二期中)如圖所示,真空中的兩帶電小球(可看做是點電荷),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T1,T2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?,,答案:D,,方法總結(jié),【針對訓(xùn)練4】 (2018甘肅蘭州一中高二測試)如圖所示,把質(zhì)量為3 g的帶電小球B用絕緣細(xì)繩懸起,若將帶電荷量為Q=-4.010-6 C的帶電小球A靠近B,當(dāng)兩個帶電小球在同一高度相距r=20 cm時,繩與豎直方向成α=30角,A,B兩球均靜止.求B球的帶電荷量q(取g=10 m/s2).,,要點三,庫侖力在動力學(xué)中的應(yīng)用,1.處理電荷間相互作用的動力學(xué)問題,與處理力學(xué)中的問題時應(yīng)用的規(guī)律、方法相同,只是受力時要考慮庫侖力的存在. 2.對受力物體來說,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5】 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,b球的初始加速度應(yīng)是 多大?,,?思維導(dǎo)圖? (1)畫出釋放a球時,a球受力圖.,(2)畫出釋放c球時,c球受力圖.,(3)畫出釋放b球時,b球受力圖.,,解析:設(shè)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, 即ab=-2 m/s2,方向向左. 答案:-2 m/s2,,方法總結(jié),解決庫侖力在動力學(xué)中應(yīng)用的基本方法 (1)在多物體情況下,要靈活選取研究對象,根據(jù)小球的受力情況,利用牛頓第二定律列方程組,求出加速度. (2)在能構(gòu)成系統(tǒng)的情景中,還要結(jié)合整體法,利用牛頓第二定律進(jìn)行求解.,【針對訓(xùn)練5】 (2018黑龍江雙鴨山一中高二測試)如圖所示,質(zhì)量均為m的兩個帶電小球A和B放置在光滑絕緣的水平面上,彼此相距為L,A球帶電荷量為+Q,B球帶電荷量為-Q,若用水平力拉動其中一個小球,且要使另一個球與前面球始終保持L的間距運動,求拉力的大小為多少?,,學(xué)習(xí)效果 檢測,1.下列說法中正確的是( ) A.點電荷就是體積很小的帶電體 B.點電荷就是體積和帶電荷量都很小的帶電體 C.根據(jù)F=k ,設(shè)想當(dāng)r→0時得出F→∞ D.靜電力常量的數(shù)值是由實驗得出的,D,,解析:由點電荷的概念知,選項A,B錯誤;當(dāng)兩電荷間距離r→0時,兩電荷已不能看做點電荷,庫侖定律不再適用,選項C錯誤;而靜電力常量是由實驗測出的,選項D正確.,2.關(guān)于庫侖定律,下列說法正確的是( ) A.庫侖定律適用于點電荷,點電荷其實就是體積很小的球體 B.根據(jù)F=k ,當(dāng)兩點電荷間的距離趨近于零時,庫侖力將趨向無窮大 C.若點電荷q1的電荷量大于q2的電荷量,則q1對q2的庫侖力大于q2對q1的庫侖力 D.庫侖定律和萬有引力定律的表達(dá)式相似,都是平方反比定律,D,,解析:并不是體積很小的球體就是點電荷,選項A錯誤;當(dāng)兩點電荷間的距離趨近于零時,公式F=k 不再適用,選項B錯誤;力的作用是相互的,q1對q2的庫侖力等于q2對q1的庫侖力,選項C錯誤;庫侖定律和萬有引力定律的表達(dá)式相似,都是平方反比定律,選項D正確.,3.兩個點電荷相距r時相互作用為F,則( ) A.電荷量不變距離加倍時,作用力變?yōu)?B.其中一個電荷的電荷量和兩電荷間距離都減半時,作用力為4F C.每個電荷的電荷量和兩電荷間距離都減半時,作用力為4F D.每個電荷的電荷量和兩電荷間距離都增加相同倍數(shù)時,作用力不變,D,,4.(2018廣東中山一中高二測試)如圖所示,有三個點電荷A,B,C分別位于一個等邊三角形的三個頂點上,已知A,B都帶正電荷,A所受B,C兩個電荷的靜電力的合力如圖中FA所示,則下列說法正確的是( ) A.C帶正電,且QCQB C.C帶負(fù)電,且QCQB,C,,解析:因A,B都帶正電,所以靜電力表現(xiàn)為斥力,即B對A的作用力沿BA的延長線方向,而不論C帶正電還是帶負(fù)電,A和C的作用力方向都必須在AC連線上,由平行四邊形定則知,合力必定為兩個分力的對角線,所以A和C之間必為引力,且FCAFBA,所以C帶負(fù)電,且QCQB.,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學(xué)長經(jīng)驗分享,【方法拓展】——用對稱法計算庫侖力 1.對于三個或三個以上的點電荷,其中每一個點電荷所受的庫侖力,等于其余所有點電荷單獨對它作用產(chǎn)生的庫侖力的矢量和. 2.當(dāng)兩矢量滿足大小相等、方向相反、作用在同一直線上時,兩矢量合成疊加,合矢量為零,這樣的矢量稱為“對稱矢量”,注意圖形的對稱性,發(fā)現(xiàn)對稱矢量可簡化計算.電場中用對稱法求解庫侖力是解題中常用的方法.,【以例示法】 如圖所示,半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為+Q的電荷,另一電荷量為+q的點電荷放在球心O上,由于對稱性,點電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r(r?R)的一個小圓孔,則此時置于球心的點電荷所受力的大小為多少?方向如何(已知靜電力常量為k)?,,點評:本題中對稱的兩點對球心的電荷的作用力為零,因此只需考慮沒有找到對稱的電荷對球心電荷的作用力即可.,【以例示法】 (2018河北冀州中學(xué)高二測試)(多選)如圖所示,把一個帶電小球A固定在光滑的水平絕緣桌面上,在桌面的另一處放置帶電小球B.現(xiàn)給B一個垂直AB方向的速度v0,B球?qū)? ) A.若A,B為異種電荷,B球可能做圓周運動 B.若A,B為異種電荷,B球一定做加速度、速度均變小的曲線運動 C.若A,B為同種電荷,B球一定做遠(yuǎn)離A的變加速曲線運動 D.若A,B為同種電荷,B球的動能一定會減小,AC,【科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境】,庫侖的實驗 庫侖做實驗用的裝置叫做庫侖扭秤.如圖所示,細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒,棒的一端是一個帶電的金屬小球A,另一端有一個不帶電的球B,B與A所受的重力平衡.當(dāng)把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時,A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn).,因為懸絲很細(xì),很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置,轉(zhuǎn)動的角度與力的大小成正比.庫侖讓可移動球和固定球帶上不同量的電荷,并改變它們之間的距離: 第一次,兩球相距36個刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為36度. 第二次,兩球相距18個刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為144度. 第三次,兩球相距8.5個刻度,測得懸線的旋轉(zhuǎn)角度為575.5度. 上述實驗表明,兩個電荷之間的距離為4∶2∶1時,扭轉(zhuǎn)角為1∶4∶16.由于扭轉(zhuǎn)角的大小與扭力成反比,所以得到兩電荷間的斥力的大小與距離的二次方成反比. 最后,庫侖找出了在真空中兩個點電荷之間的相互作用力與兩點電荷所帶的電荷量及它們之間的距離的定量關(guān)系,這就是靜電學(xué)中的庫侖定律.,