2019_2020学年高中物理第一章电场第二节探究静电力学案粤教版.docx

第二节探究静电力学科素养与目标要求物理观念：1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件科学探究：1.经历探究实验过程，得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系.2.了解库仑扭秤实验，体会实验的巧妙之处科学思维：1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型.2.进一步了解控制变量法在实验中的作用.3.会用库仑定律进行有关的计算一、点电荷1定义：可以抽象成一个几何点的带电体2特点(1)本身的大小比它到其他带电体的距离小得多(2)研究它与其他带电体的相互作用时，可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况(3)点电荷是一种理想化的物理模型，和力学中的质点模型一样，是一种科学的抽象3理想化模型：当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型，从而使问题的处理大为简化二、库仑定律1探究影响静电力大小的因素：(1)图1中，A为一固定的导体小球，B、C为相同的轻质导体小球图1(2)实验原理：轻质小球的偏角大小反映静电力的大小研究静电力与距离和电荷量的关系，要采用控制变量法(3)实验探究：使小球A、B、C带同种电荷且qBqC，使rACrAB，观察到小球B的偏角大于(选填“大于”“小于”或“等于”)小球C的偏角结论：q一定时，r越大，F越小；r越小，F越大使A、B球带同种电荷，C球不带电，且保持rAB一定，让C球与B球接触后再移走C球，观察到B的偏角变小结论：r一定时，q越小，F越小总结：静电力F的大小与带电体的电荷量q及带电体间的距离r都有关q越大，r越小，则F越大；反之则F越小2库仑定律：(1)内容：在真空中两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的二次方成反比作用力的方向在它们的连线上(2)公式：F其中k9.0109Nm2/C2，叫静电力常量(3)适用条件：真空中；点电荷1判断下列说法的正误(1)探究电荷间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法()(2)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷()(3)当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷()(4)若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力()2真空中两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果将两个点电荷的距离增大为原来的4倍，电荷量都增大为原来的2倍它们之间静电力的大小变为原来的_倍答案一、库仑定律的理解与应用1点电荷(1)点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在(2)带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷2库仑定律(1)库仑定律只适用于真空中点电荷之间的相互作用，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理(2)当r0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用(3)两个规则的带电球体相距比较近时，电荷的分布会发生改变，库仑定律不再适用(4)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大例1下列说法中正确的是()A点电荷就是体积小的带电体B带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷C大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷D根据库仑定律表达式Fk，当两电荷之间的距离r0时，两电荷之间的库仑力F答案C解析点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体同一带电体，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看成点电荷，带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A、B错误，C正确两电荷距离r0时，不能看做点电荷，库仑定律不再适用，D错误例2甲、乙两导体球，甲球带有4.81016C的正电荷，乙球带有3.21016C的负电荷，放在真空中相距为10cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10cm.(结果保留三位有效数字)(1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？(2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？(3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？答案(1)1.381019N引力(2)5.761021N斥力(3)不能解析(1)因为两球的半径都远小于10cm，因此可以作为两个点电荷考虑由库仑定律有Fk9.0109N1.381019N两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力(2)如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球带的电荷量为q1q2C81017C，两个电荷之间的斥力为F15.761021N.(3)由于两球不同，分开后分配的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两球间的作用力点拨：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即可；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别二、库仑力的叠加1对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和2电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则例3如图2所示，分别在A、B两点放置点电荷Q121014C和Q221014C在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102m如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？图2答案见解析解析电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示由库仑定律Fk得FAk9.0109N8.01021N，同理可得：FB8.01021N.由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的电子受到的库仑力FFAFB8.01021N，方向平行于AB连线由B指向A.针对训练(2018德州市期末)如图3所示，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab8cm、ac6cm、bc10cm，小球c所受库仑力合力的方向平行于ab的连线斜向下关于小球a、b的电性及所带电荷量比值的绝对值n，下列说法正确的是()图3A同号电荷，nB同号电荷，nC异号电荷，nD异号电荷，n答案D解析由题意知b37，a90，由小球c所受库仑力合力的方向知a、b带异号电荷，小球a、b对小球c的作用力如图所示FaFbsin37由得：n，选项D正确1(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是()A点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的B点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体C两带电荷量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式Fk计算D一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究问题的影响是否可以忽略不计答案AD解析点电荷是一种理想化模型，实际中并不存在一个带电体能否看成点电荷不是看其尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究问题的影响能否忽略不计，A、D对2(库仑定律的理解)(2018南平市检测)关于库仑定律，下列说法正确的是()A库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体B根据Fk，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大C带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍D库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷答案D解析如果带电体的形状、大小以及电荷分布对所研究问题的影响可以忽略不计，则可将它看做点电荷，故A错误两个带电体间的距离趋近于零时，带电体已经不能看成点电荷了，Fk不再适用，故B错误根据牛顿第三定律得：B受到的静电力和A受到的静电力大小相等，故C错误库仑定律的适用条件是：真空和静止点电荷，故D正确3(库仑定律的应用)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)，分别固定在两处，它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为()A.B.C.D.答案C解析假设金属小球A、B开始时带电荷量为Q，A、B小球间距为r，根据库仑定律可知，小球A、B间库仑力Fk，C与A球接触分开后：QAQCQ，然后C球与B球接触分开后：QBQCQ，则A、B间库仑力FkkkF.4(库仑力的叠加)如图4所示，等边三角形ABC，边长为L，在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB，QAQBQ，求在顶点C处带电荷量为QC的正点电荷所受的静电力图4答案k，方向与AB连线垂直向上解析正点电荷QC在C点的受力情况如图所示，QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变，仍然遵循库仑定律QA对QC的作用力：FAk，沿AC的延长线方向QB对QC的作用力：FBk，沿BC的延长线方向因为QAQBQ，所以FAFB，则QC所受合力的大小：FFAk，方向与AB连线垂直向上一、选择题考点一对库仑定律的理解1(多选)对于库仑定律，下列说法正确的是()A凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力，就可以使用公式FkB两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律C相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D当两个半径为r的带电金属球中心相距为2r时，对于它们之间的作用力大小，只取决于它们各自所带的电荷量多少答案AC解析由库仑定律的应用条件可知，A选项正确；两带电小球距离非常近时，带电小球不能视为点电荷，库仑定律不再适用，故B选项错误；由牛顿第三定律可知，相互作用的两个点电荷之间的作用力总是大小相等的，故C选项正确；当带电小球之间的距离较近时，不能看成点电荷，它们之间的作用力不仅跟距离和电荷量多少有关，还跟带电体所带电荷电性有关，故D选项错误2.如图1所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定()图1A两球都带正电B两球都带负电C大球受到的静电力大于小球受到的静电力D两球受到的静电力大小相等答案D解析两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同号电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故A、B项均错；由牛顿第三定律知，两球受到的静电力大小相等，故C项错，D项对考点二库仑定律的简单应用3(2018东北师大附中高二上期中)两个点电荷所带电荷量分别为2Q和4Q.在真空中相距为r，它们之间的静电力为F.现把它们的电荷量各减小一半，距离减小为.则它们间的静电力为()A4FB2FC.FD.F答案A解析由库仑定律可得原来两点电荷之间的静电力为：Fkk，把它们的电荷量各减小一半，距离减小为，变化之后它们之间的静电力为：Fkk4F，故A正确，B、C、D错误4(2018人大附中高二上期中)使两个完全相同的金属小球(均可视为点电荷)分别带上3Q和5Q的电荷后，将它们固定在相距为a的两点，它们之间库仑力的大小为F1，现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a的两点，它们之间库仑力的大小为F2，则F1与F2之比为()A21B41C161D601答案D解析开始时F1kk，接触后，两球都带正电Q，F2kk，所以F1F2601，故D正确考点三库仑力的叠加5如图2所示，在一条直线上的三点分别放置QA3109C、QB4109C、QC3109C的A、B、C点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为()图2A9.9104NB9.9103NC1.17104ND2.7104N答案A解析A受到B、C点电荷的库仑力如图所示，根据库仑定律有FBAN1.08103NFCAN9105N规定沿这条直线由A指向C为正方向，则点电荷A受到的合力大小为FAFBAFCA(1.081039105) N9.9104N，故选项A正确6.如图3所示，直角三角形ABC中B30，点电荷A、B所带电荷量分别为QA、QB，测得在C处的某正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则下列说法正确的是()图3AA带正电，QAQB18BA带负电，QAQB18CA带正电，QAQB14DA带负电，QAQB14答案B解析要使C处的正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，该正点电荷所受力的情况应如图所示，所以A带负电，B带正电设AC间的距离为L，则BC间的距离为2L.FBsin30FA，即ksin30解得，故选项B正确二、非选择题7.(2018潍坊市期末)如图4所示，abc处在真空中，边长分别为ab5 cm，bc3 cm，ca4cm.三个带电小球固定在a、b、c三点，电荷量分别为qa6.41012C，qb2.71012C，qc1.61012C已知静电力常量k9.0109Nm2/C2，求c点小球所受库仑力的大小及方向图4答案7.21011N，方向平行于ab连线向右解析如图所示，由几何关系知，acbc，abc为直角三角形a、b两球对c球的库仑力分别为Fack5.761011NFbck4.321011N由平行四边形定则得：F7.21011N0.6，由几何关系知c点小球所受