2019_2020版高中物理第一章2库仑定律课件新人教版.pptx

2 库仑定律,学习目标,1.理解库仑定律的内容、表达式,并能进行与力学知识相结合的有关计算.2.明确点电荷是一种物理模型,知道带电体简化为点电荷的条件.3.通过实验探究影响电荷间相互作用力的因素,体验库仑定律的建立过程.4.会用类比的方法(通过库仑定律类比万有引力定律,点电荷类比质点),体会自然规律的多样性和统一性.,课前预习,课堂探究,随堂演练,课前预习 掌握新知,知识梳理,一、探究影响电荷间相互作用力的因素 1.实验装置与实验原理 实验装置如图所示,O是一个带正电的物体,P是系在丝线上挂在图中横杆某位置的带正电的小球,小球所受带电体的作用力大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度体现出来.,2.实验操作与现象 (1)将P先后挂在图中P1,P2,P3三个不同位置,观察丝线偏离竖直方向的夹角,比较小球所受作用力的大小. 现象:电荷量不变时,改变带电体与小球间的距离,发现距离越小,丝线偏离竖直方向的角度 ;距离越大,丝线偏离竖直方向的角度 . (2)使小球P处于同一位置,增大或减小小球的带电荷量,观察丝线偏离竖直方向的夹角,比较小球所受作用力的大小. 现象:在距离不变时,小球带电荷量越大,丝线偏离竖直方向的角度 .,越大,越小,越大,3.实验结论 电荷之间的相互作用力随着电荷量的增大而 ,随着距离的增大而 . 二、点电荷 库仑定律 1.点电荷 当带电体间的距离比它们自身的大小 ,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以 时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷.,增大,大得多,忽略不计,减小,2.库仑定律 (1)内容:真空中两个 点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的 成正比,与它们的距离的 成反比,作用力的方向在它们的 上. (3)适用条件:真空中的 . 3.静电力的叠加原理:两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力,等于各点电荷单独对这个电荷的作用力的 .,静止,乘积,二次方,连线,静电力,库仑力,点电荷,矢量和,科学思维,1.思考判断,(1)点电荷是一个带有电荷的几何点,它是实际带电体的抽象,是一种理想化模型.( ) (2)球形带电体一定可以看做点电荷.( ) (3)很大的带电体也有可能看做点电荷.( ) (4)根据库仑定律,只有两点电荷电荷量相等时,它们间的库仑力才相等.( ) (5)库仑定律只适用于计算真空中的两个点电荷之间的库仑力.( ),2.思维探究 (1)阅读教材第5页“演示”部分,思考在探究影响电荷间相互作用力的因素的实验中采用了什么物理实验方法? 答案:控制变量法. (2)阅读教材第6页“库仑的实验”部分,思考库仑的扭秤实验利用什么方法显示力的大小?用什么方法解决了无法测量电荷量的问题? 答案:库仑的扭秤实验通过悬丝扭转的角度来比较力的大小,利用相同球体接触平分电荷解决了无法测量电荷量的问题.,要点一 库仑定律的理解和基本应用 探究导学,课堂探究 突破要点,原子结构模型示意图如图所示.该模型中,电子绕原子核做匀速圆周运动,就像地球的卫星一样.观察图片,思考:电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对电子的万有引力提供的吗?,答案:原子核对电子的库仑力提供了向心力,两者间的万有引力要比库仑力小得多,完全可以忽略不计.,要点归纳 1.对点电荷的理解 (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,实际上并不存在. (2)一个带电体能否看做点电荷,是相对于具体问题而言的,不能单凭其大小和形状确定. 2.应用库仑定律解题应注意的问题 (1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两电荷的电荷量及间距有关,跟它们的周围是否有其他电荷等无关. (2)两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三定律,即两带电体间的库仑力是一对作用力与反作用力.不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大.,(3)库仑力也称为静电力,它具有力的共性.它与学过的重力、弹力、摩擦力是并列的.它具有力的一切性质,它是矢量,合成分解时遵循平行四边形定则,能与其他的力平衡,使物体发生形变,产生加速度. (4)可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;力的方向再根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引加以判别.也可将Q1,Q2带符号运算,F为“+”表示斥力,F为“-”表示引力. 3.库仑定律与万有引力定律的比较 (1)库仑定律和万有引力定律都遵从与二次平方成反比规律,人们至今还不能说明它们的这种相似性.,(2)两个定律列表比较如下:,(3)对于微观的带电粒子,它们之间的库仑力要比万有引力大得多,电子和质子的静电引力F1是它们间万有引力F2的2.31039倍,正因如此,以后在研究带电微粒间的相互作用时,可以忽略万有引力.,例1 (2019江西丰城校级月考)(多选)两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球,其中一个球的带电量的绝对值是另一个的5倍,它们间的库仑力大小是F,现将两球接触后再放回原处,它们间库仑力的大小可能是( ),BD,学霸笔记,(1)当r0时,电荷不能再看成点电荷,库仑定律不再适用,更不能认为F. (2)两个规则的带电球体相距比较近时,不能被看做点电荷,此时两带电球体之间的作用距离会随所带电荷量的改变而改变,如图.,(教师备用) 例1-1:(2019山东德州期末)如图所示,三个固定的带电小球a,b和c,相互间的距离分别为ab=8 cm,ac=6 cm,bc=10 cm,小球c所受库仑力的合力的方向平行于a,b的连线斜向下.关于小球a,b电性及所带电荷量比值的绝对值k,下列正确的是( ),D,解析:根据同种电荷相斥,异种电荷相吸,且小球c所受库仑力的合力的方向平行于a,b的连线,可知,a,b带的电荷异号,对小球c受力分析,如图所示. 因ab=8 cm,bc=10 cm,ca=6 cm,因此abac,那么两力合成如图所示,针对训练1 (2019湖南师大附中月考)关于库仑定律,下列说法中正确的是( ) A.库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积很小的球体 C.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 D.库仑定律和万有引力定律的表达式相似,都是平方反比定律,D,要点二 库仑力作用下的平衡问题 探究导学,小明想通过实验探究三个带电小球的平衡问题,他先在水平放置的光滑绝缘圆环上套上了三个电性、电荷量和体积都相同的小球(可看做点电荷),三个小球平衡后构成一个漂亮的等边三角形,如图(甲)所示;他应该怎样做才能在光滑绝缘的水平面上把这三个球排成如图(乙)所示的一条直线?,答案:应使a球和c球带上同种电荷,且和b球的电性相反.,要点归纳 1.分析库仑力作用下的平衡问题的步骤 (1)明确研究对象. (2)画出研究对象的受力分析图. (3)根据平衡条件列方程. (4)代入数据计算或讨论. 2.三电荷的平衡模型的特点 (1)平衡条件:每个点电荷受到的两个库仑力必须等大反向. (2)模型规律 电性上:两同夹一异 电量上:两大夹一小,距离上:近小而远大,例2(2019陕西西安校级月考)如图所示,把质量为2.0 g的带负电小球A用绝缘细绳悬起,若将带电荷量为Q=4.010-6 C的带电小球B靠近A,当两个带电小球在同一高度相距30 cm时,绳与竖直方向成=45角(小球A,B可看成点电荷),此时,小球A和B均处于静止状态,g取 10 m/s2.求: (1)B球受的库仑力大小; (2)A球所带电荷量.,审题指导:,解析:(1)A球受重力、拉力和静电力处于平衡,根据平衡条件得,A球受到B球的库仑力为 F=mgtan 45=2.010-310 N=2.010-2 N 根据牛顿第三定律可知,B球受到的库仑力大小为2.010-2 N.,答案:(1)2.010-2 N (2)5.010-8 C,学霸笔记,分析带电体在库仑力作用下的平衡问题时,方法与分析力学中物体的平衡问题一样,不过在原来受力分析的基础上多了库仑力,常用方法有合成法和正交分解法.,(教师备用) 例2-1:在真空中有两个相距r的点电荷A和B,带电荷量分别为q1=-q, q2=4q. (1)若A,B固定,在什么位置放入第三个点电荷q3,可使之处于平衡状态?平衡条件中对q3的电荷量及正负电荷有无要求?,解析:(1)让q3受力平衡,必须和q1,q2在同一条直线上,因为q1,q2带异种电荷,所以q3不可能在它们中间,再根据库仑定律,静电力和距离的平方成反比,可推知q3应该在q1,q2的连线上q1的左侧(离电荷量小的电荷近一点的地方),如图(甲)所示.,答案:(1)在q1的左侧距离为r处,对q3的电性和电荷量均没有要求,(2)若以上三个电荷皆可自由移动,要使它们都处于平衡状态,对q3的电荷量及电性有何要求?,答案:(2)电荷量为4q,带正电,(3)若q1=q,第(2)问中的答案又如何?,针对训练2 (2019福建龙岩校级月考)如图所示,q1,q2,q3分别表示在一条直线上的三个点电荷,已知q1与q2之间的距离为l1,已知q2与q3之间的距离为l2,且每个电荷都处于平衡状态. (1)如q2为负电荷,则q1为 电荷,q3为 电荷.,解析:(1)假设q1带负电,要使q2平衡,则q3也应带负电,但此时q1,q3因都受斥力而不平衡,故q1带正电,同理分析q3带正电.,答案:(1)正 正,(2)q1,q2,q3三者电量大小之比是 .,要点三 库仑力作用下的非平衡问题 探究导学,如图所示,在光滑绝缘水平面上固定一大的带电物体,在带电物体的右侧放一带同种电荷的小球,你将看到小球静止还是运动,做什么运动?,答案:在库仑力作用下,小球将向右做加速度减小的加速运动.,要点归纳 分析静电力作用下的带电体的非平衡问题,方法与力学中相同,首先分析带电体受到的所有力,再依据牛顿第二定律F合=ma进行求解.对相互作用的系统,要注意灵活使用整体法与隔离法.,例3如图所示,在光滑绝缘的水平面上从左向右依次放着三个质量都是m,间隔为l的带电小球A,B,C,其中A球带电荷量为+10q,B球带电荷量为+q.现用水平向右的力F拉C,使三球在运动中保持距离不变,求: (1)C球的电性和带电荷量; (2)F的大小.,审题指导:,学霸笔记,库仑力可以和其他力平衡,也可以和其他力一起使带电体产生加速度.因此含有库仑力的问题仍是力学问题,要按照处理力学问题的基本思路解题,只不过在原来的受力基础上多了库仑力而已.,(教师备用) 例3-1:(2018河北冀州中学高二测试)(多选)如图所示,把一个带电小球A固定在光滑的水平绝缘桌面上,在桌面的另一处放置带电小球B.现给B一个垂直AB方向的速度v0,B球将( ) A.若A,B为异种电荷,B球可能做圆周运动 B.若A,B为异种电荷,B球一定做加速度、速度均变小的曲线运动 C.若A,B为同种电荷,B球一定做远离A的变加速曲线运动 D.若A,B为同种电荷,B球的动能一定会减小,AC,针对训练3(2019陕西咸阳模拟)如图所示,电荷量Q=210-7 C的正点电荷A固定在空间中O点,将质量m=210-4 kg、电荷量q=110-7 C 的另一正点电荷B从O点正上方高于 0.5 m的某处由静止释放,B运动过程中速度最大位置在P点.若静电力常量k=9109 Nm2/C2,重力加速度g=10 m/s2.求,(1)B运动到距O点l=0.5 m处的加速度大小; (2)P,O间的距离L.,答案:(1)6.4 m/s2 (2)0.3 m,随堂演练 检测效果,1.(2019四川绵阳校级月考)(多选)下列说法中正确的是( ) A.点电荷是一个理想化模型,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 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的问题的影响是否可以忽略不计,AD,解析:当两个带电体的形状对它的相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷,与体积大小无直接关系,点电荷是理想化的物理模型,实际上并不存在,故A,D正确,B错误;库仑定律只适用于真空中的静止的点电荷,当距离很小时,带电体不能再看做是点电荷,库仑定律不再适用,故C错误.,2.(2019山西临汾校级检测)如图所示,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所带电荷量比b多,则图中能大致表示c受到a和b的静电力的合力的是( ) A.F1 B.F2 C.F3 D.F4,解析:由题意可知,a对c的静电力为斥力,沿ac方向;b对c的静电力为引力,沿cb方向,若二力相等,则合力水平向右.由于斥力大于引力,据力的合成可知,c所受到合力的方向为F2方向,B正确,A,C,D错误.,B,3.(2019四川成都校