高中物理第1章静电场第2节静电力库伦定律课堂互动教案鲁科版选修.docx

第2节 静电力 库仑定律课堂互动三点剖析一、怎样正确理解“点电荷”点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型.类似于力学中的质点，实际中并不存在.如果带电体间的距离比它们自身的线度大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样的处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，因此物理学上经常用到此方法.一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定.例如，一个半径为10 cm的带电圆盘，如果考虑它和10 m处某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷；而如果这个电子离圆盘只有1 mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面.【例1】 下列哪些物体可视为点电荷()A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷B.均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷D.带电的金属球一定不能视为点电荷解析：能否看成点电荷取决于带电体间距离与它们自身的大小之间的关系，而不是取决于其他的条件.如果它们之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作是点电荷.答案：BC二、库仑定律1.库仑定律与万有引力定律的比较定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律都与距离的平方成反比都有一个常量与两个物体的质量有关m1、m2、r库仑定律与两个物体的电荷量有关Q1、Q2、r2.应用库仑定律解题应注意的问题（1）在理解库仑定律时，有人根据公式F=k,设想当r0时，得出F的结论.从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的.错误的原因是：当r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r0的情况.也就是r0时，不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力了.（2）将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行.即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中从而算出力的大小；力的方向根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引加以判断.（3）要统一国际单位.（4）如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力.【例2】 两个相同的金属小球，电荷量之比为17，相距为r、两者接触后再放回原来的位置，它们间的库仑力可能变为原来的_倍.解析：当两球带同种电荷时，即q2=7q接触后每球所带电荷量q1=q2=q=4q,F=k当两球带异种电荷时，即q2=-7q接触后每球电荷量q1=q2=-=-3q,F=k,又因为F=k解得：F=F，F= F.答案：或温馨提示完全相同的异体球接触时，其电荷量先中和后均分，由于题目没有明确带电性质，故应都考虑.本题强调的是金属“小”球，因此将其看作点电荷，应用库仑定律进行计算.【例3】 两个质量分别是m1、m2的小球，各用长为L的丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度1，2，如图1-2-1所示.则下列说法正确的是()图1-2-1A.若m1m2，则12B.若m1m2，则12C.若m1m2，则12D.若q1q2，则12解析：这是一道带电体平衡问题，分析方法仍然与力学中物体的平衡方法一样.小球受到三个力的作用：重力、绳子拉力、静电斥力.采用正交分解法并列出平衡方程得，k-F拉 sin=0,F拉 cos -mg=0，所以tan=，由此式可见，正确选项为B、C.答案：BC各个击破类题演练1真空中有三个点电荷，它们固定在边长为50 cm的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷都是+210-6 C，求它们所受的库仑力.解析：如下图所示，每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力，只求出其中一个点电荷受的库仑力即可.以q3为研究对象，共受到F1和F2的作用，q1=q2=q3=q，相互间的距离r都相同.F1=F2=k=0.144 N根据平行四边形定则，合力为F=2F1cos30=0.25 N.答案：0.25 N类题演练2如图1-2-2所示，半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为+Q 的电荷，另一电荷量为+q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零，现在球壳上挖去半径为r（rR）的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为多少?方向如何?（已知静电力常量k）图1-2-2解析：由于球壳上带电均匀，原来每条直径两端相等的一小块圆面上的电荷对球心+q的力互相平衡.现在球壳上A处挖去半径为r的小圆孔后，其他直径两端的电荷对球心+q的力仍互相平衡，剩下的就是与A相对称的B处、半径也等于r的一小块圆面上电荷对它的力F，B处这一小块圆面上的电荷量为：qb=由于半径rR，可以把它看成点电荷.根据库仑定律，它对中心+q的作用力大小为：F=，其方向由球心指向小孔中心.答案：k，方向由球心指向小孔中心类题演练3如图1-2-3所示，带电量分别为+q和+4q的两个点电荷A、B相距L，求在何处放一个什么性质的电荷，才可以使三个电荷都处于平衡状态?图1-2-3解析：A、B两点电荷同性相斥，相互作用的静电力均沿AB连线向外.若能平衡，第三个电荷C对A、B的作用力方向必沿A、B连线向内.故C必与A带异性电，且在A、B连线上.设C带电荷量为Q，距A为x，则距B为L-x，对A、C分别列平衡方程.对A：对C：联立解得：x=，Q=-q.答案：-q，置于距A点处变式提升如图1-2-4所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上.a和c带正电，b带负电，a所带电荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四