库仑定律 教案.doc

库仑定律、电荷同性相斥异性相吸适用学科高中物理适用年级高二适用区域西南区课时时长（分钟）120知识点库仑定律、电荷同性相斥异性相吸。教学目标1掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量2会用库仑定律的公式进行有关的计算3知道库仑扭秤的实验原理教学重点掌握库仑定律，知道电荷同性相斥异性相吸教学难点会用库仑定律的公式进行有关的计算教学过程 一、复习预习1电荷间的相互作用力大小与两个因素有关：一是与 有关， 二是与 有关。2当带电体之间的 比它们自身的大小大得多时，带电体的形状和体积对相互作用力的影响可以忽略不计，这时的带电体可以看作 。3库仑定律：真空中两个 间相互作用的静电力跟它们的 成正比，跟它们的 成反比，作用力的方向在 上。公式：F= ，式中k叫做 。如果公式中的各个物理量都采用国际单位，即电量的单位用 ，力的单位用 ，距离的单位用 ，则由实验得出k=9109 。使用上述公式时，电荷量Q1、Q2一般用绝对值代入计算。如果其它条件不变，让两点电荷在介质中，其作用力将比它们在真空中的作用力小。4库仑的实验，库仑做实验用的装置叫做库仑扭秤。如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球与A所受的重力平衡。当把另一个带电的金属球C插入容器并他它靠近A时，A和C之问的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变A与C之间距离_记录每次悬丝扭转的角度，便可找到力F与距离r的关系，实验的结果是力F与距离r的二次方成反比，即F1/r2。在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有。库仑发现，两个相同的带电金属小球互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等，所以他断定这两个小球所带的电荷量相等。如果把一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。库仑就用这个方法，把带电小球的电荷量分为q/2、q/4、q/8，这样库仑巧妙地解决了小球的带电量的测量问题。5库仑定律虽然只给出了点电荷之间的静电力公式，但是任一带电体都有可以看作是由许许多多点电荷组成的。只要知道了带电体上的电荷分布情况，根据库仑定律和力的合成法则，就可以求出任意带电体之间的静电力。6.应用库仑定律时应注意的问题首先应注意库仑定律的适用条件。公式F=kQ1Q2/r2仅适用于 中（空气中近似成立）的两个 间的相互作用。其次，应注意将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向二者分别进行，即应用公式计算库仑力的大小时，不必将表示电荷Q1、Q2带电性质的 、 号代入公式中，只将其电量的绝对值代入，先计算出力的大小，再根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断库仑力的方向，这样可以避免将表示带电性质的符号代入公式中一起运算，根据运算结果是正或负号来判定方向而带来的麻烦和可能出现的错误。再次，应注意统一单位，因为静电力常量k=9109Nm2/c2是国际单位制中的单位。7.静电力也是一种“性质力”，同样具有力的共性。不能认为两个电量不同的点电荷相互作用时，一定是电量大的受静电力大（或小）。实际上，两个点电荷之间的相互作用力遵守牛顿 定律大小相等、方向相反，并且一条直线上；如果一点电荷同时受到另外两个点电荷的作用力，这两个力遵循力的合成法则，根据 定则，可求出这个点电荷受到的合力。 二、知识讲解本节课主要知识点解析，中高考考点、易错点学习考点/易错点1两个完全相同的金属小球A、B，A球带电量为5.0109C，B球带电量为7.0109C，两球相距1。问：它们之间的库仑力有多大？若把它们接触后放回原处，它们之间的相互作用力为多大？解析：两球未接触时，球间库仑力FQ1Q2/291095.010-97.010-2=3.15107（N）两球接触后，部分电荷中和，剩余净电荷为2109C，由于两金属球完全相同，净电荷均分，各带1.0109C，此时两球间库仑力FQ1Q2/29109(1.010-9)2=9.0109（N）拓展两带电导体接触时，净电荷的分配与导体的形状、大小等因数有关。对两个完全相同金属球（1）若接触前分别带电为Q1、Q2，则接触后两球带电均为（Q1Q2）/2；（2）若接触前分别带电Q1、Q2，则接触后两球带电均为（Q1Q2）/2。其实，库仑在实验研究电荷间相互作用而得到库仑定律的过程中，就是利用以上方法来改变和控制电荷的电荷量的。考点/易错点2从库仑定律的公式F= kQ1Q2/r2 看出，当两个电荷间的距离趋近于零时，两电荷间的作用力将变为无限大，这种说法正确吗？为什么？答：这种说法不正确。因为库仑定律的适用范围是真空中的点电荷，当两电荷间的距离趋近于零时，任何小的带电体都不可能再看作是点电荷了，因而它们之间的作用力的大小已不能用库仑定律进行计算和判断。考点/易错点3相距L的点电荷A、B的带电量分别为+4Q和-Q，要引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，求电荷C的电量和放置的位置。解析由于每个点电荷都受到其它两个点电荷的库仑力作用，要处于平衡，其间的库仑力必沿同一条直线，因此A、B、C三个点电荷必须共线。A、B为异种点电荷，对C的库仑力为一斥一吸，C要平衡，不能放在A、B之间。由于A的电量大于B的电量，所以C应距A较远，距B较近。考虑到A、B也要平衡，所以C应放在B的右侧且带正电。设C在距离B为x处，带电量为Qc，则对C和B有 4 kQQc/(L+x)2=kQQc/x2 4kQ2/L2=kQQc/x2 由以上两式得x=L，Qc=4Q。拓展若A、B为同号点电荷，引入第三个电荷C，使三个点电荷均平衡，则C应放在何处？C的电性和电量如何？ 三、例题精析【例题1】半径为r的两个相同金属球，两球心相距为L (L3r)，它们所带电荷量的绝对值均为q，则它们之间相互作用的静电力FA带同种电荷时,FB带异种电荷时,F C不论带何种电荷,F D以上各项均不正确 【题干】两个相同金属球 【答案】B 【解析】应用库仑定律解题时，首先要明确其条件和各物理量之间的关系当两带电金属球靠得较近时，由于同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，两球所带电荷的“中心”偏离球心，在计算其静电力F时，就不能用两球心间的距离L来计算若两球带同种电荷，两球带电“中心”之间的距离大于L，如图121（a）所示， 图121 则F ，故A选项是对的，同理B选项也是正确的【例题2】如图122所示，三个完全相同的金属球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有向线段中的一条来表示，它应是AF1 BF2 CF3 DF4 图122 【题干】三个完全相同的金属球 【答案】B 【解析】根据“同电相斥、异电相吸”的规律，确定电荷c受到a和b的库仑力方向，考虑a的带电荷量大于b的带电荷量，因为F大于F，F与F的合力只能是F，故选项B正确【例题3】两个大小相同的小球带有同种电荷（可看作点电荷），质量分别为m和m，带电荷量分别是q和q，用绝缘线悬挂后，因静电力而使两悬线张开，分别与铅垂线方向成夹角和,且两球同处一水平线上，如图123所示，若,则下述结论正确的是A.q一定等于q B.一定满足q/ mq/ m C.m一定等于m D.必须同时满足qq, m m 图123 【题干】两个大小相同的小球带有同种电荷 【答案】C 【解析】两小球处于静止状态，故可用平衡条件去分析小球m受到F、F、mg三个力作用，建立水平和竖直方向建立直角坐标系如图124所示，此时只需分解F.由平衡条件得：所以 同理，对m分析得： 图124 因为，所以，所以. 可见，只要m= m，不管q、q如何，都等于.所以，正确答案是C. 四、课堂运用【基础】 1关于点电荷的说法，正确的是（C）A只有体积很小的带电体才能看作点电荷B体积很大的带电体一定不能看成点电荷C当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷D一切带电体都可以看成是点电荷2、真空中有两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果保持它们所带的电量不变，将它们之间的距离增大到原来的3倍，它们之间作用力的大小等于（D ）A.F B.3F C.F/3D.F/93. A、B两点电荷间的距离恒定，当其他电荷移到A、B附近时，A、B间相互作用的库仑力将（C ）A.可能变大 B.可能变小 C.一定不变 D.无法确定【巩固】 4.真空中两个相同的金属小球A和B，带电荷量分别为QA=210-8C和QB=410-8C，相互作用力为F.若将两球接触后再放回原处，则它们之间的作用力将变为（A）A.9F/8 B.F C.8F/9 D.2F/35.有A、B、C三个塑料小球，A和B、B和C、C和A之间都是相互吸引的，如果A带正电，则（C ）A.B和C两球均带负电B.B球带负电，C球带正电C.B和C两球中必有一个带负电，而另一个不带电D.B和C两球都不带电6. 关于库仑定律的公式F=kQ1Q2/r2，下列说法中正确的是（AD ）A.当真空中两个电荷间距离r时，它们间的静电力F0B.当真空中两个电荷间距离r0时，它们间的静电力FC.当两个电荷间的距离r时，库仑定律的公式就不适用了D.当两个电荷间的距离r0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了【拔高】7.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法中可行的是（AD ）A.每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变B.保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C.使一个点电荷的带电荷量加倍，另一个点电荷电荷量保持不变，同时将两点电荷间的距离减小为原来的D.保持点电荷的带电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的8.两个大小相同、可看成是点电荷的金属小球a和b，分别带有等量异种电荷，被固定在绝缘水平面上，这时两球间静电引力的大小为F.现用一个不带电、同样大小的绝缘金属小球C先与a球接触，再与b球接触后移去，则a、b两球间静电力大小变为（D ）A.F/2 B.3F/8 C.F/4 D.F/89.关于点电荷的说法中正确的是（ABD ）A、真正的点电荷是不存在 B、点电荷是一种理想化的物理模型C、小的带电体就是点电荷 D、形状和大小对所研究的问题的影响可以忽略不计的带电体10.两个放在绝缘架上的相同金属球，相距d，球的半径比d小得多，分别带q和3q的电荷，相互斥力为3F，现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回原处，则它们的相互斥力将变为（D ）A0 BF C3F D4F11.两点电荷A、B带电量qAqB，在真空中相距为L0，现将检验电荷q置于某一位置时所受库仑力恰好为零，则此位置当A、B为（AD ）A同种电荷时，在A、B连线上靠近B一侧B同种电荷时，在A、B连线上靠近A一侧C异种电荷时，在BA连线的延长线上靠近A一侧D异种电荷时，在AB连线的延长线上靠近B一侧课程小结1点电荷是一个理想化的模型实际问题中，只有当带电体间的距离远大于它们自身的线度以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体方可视为点电荷一个带电体能否被视为点电荷，取决于自身的几何形状与带电体之间的距离的比较，与带电体的大小无关例2库仑定律的适用范围：真空中（干燥的空气也可）的两个点电荷间的相互作用，也可适用于两个均匀带电的介质球，不能用于不能视为点电荷的两个导体球课后作业【基础】 1、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F=kq1q2/r2，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：真空和点电荷。2、孤立的A、B两点电荷相距R，A的电量是B的a倍，A的质量是B的b倍，已知A受到的静电力大小为F，则B受到的静电力大小为 （ ）AF B(a+b)F C(ab)F DabF【巩固】 3、带电量分别为+4Q和-6Q的两个相同的金属小球，相距一定距离时，相互作用力的大小为F。若把它们接触一下后，再放回原处，它们的相互作用力的大小变为 AF/24 BF/16 CF/8 DF/44、真空中甲、乙两个固定的点电荷，相互作用力为F，若甲的带电量变为原来的2倍，乙的带电量变为原来的8倍，要使它们的作用力仍为F，则它们之间的距离变为原来的（ ）A2倍 B4倍C8倍 D16倍【拔高】 55、如图，两个带异种电荷的小球A、B，A用绝缘杆固定在B的正上方，两球相距d时恰好平衡，若将B向上移动d/4仍要它平衡，可采用的方法是 （ ）A 仅使qA减小到原来的3/4 B仅使qB减小到原来的9/16C使qA和qB均减小到原来的3/4 D使qA和qB均减小到原来的1/477、有两个点电荷所带电荷量均为+Q，相距为L，它们之间的作用力为F。把两个点电荷上带的电量分别转移给两个半径都为r的金