高中物理 第1章 第2节探究静电力课件 粤教版选修31 .ppt

第二节探究静电力 1 自然界中任何两个物体都相互 引力的方向在它们的 引力的大小与物体的质量m1和m2的 与它们之间的距离r的 万有引力公式 精彩回眸 吸引 连线上 乘积成正比 平方成反比 2 将一根丝绸摩擦过的玻璃棒靠近一个通草小球时 a 如果小球被吸引 小球必带负电b 如果小球被吸引 小球必带正电c 如果小球被排斥 小球必带负电d 如果小球被排斥 小球必带正电 答案 d 带电体能吸引轻小物体 也能吸引带异种电荷的物体 但只排斥带同种电荷的物体 被丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 若小球被吸引 不能确定小球是否带电 若被排斥 则一定带正电 一 点电荷当带电体间的距离比它们自身的大小大得多 以至带电体的形状 大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以 时 这样的带电体就可以看作带电的点 叫做点电荷 知识梳理 忽略不计 特点 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 2 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 确定 并不存在 大小和形状 反比 正比 三 库仑定律1 库仑定律 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 跟它们的距离的二次方成 作用力的方向在它们的 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 正比 反比 连线上 特别提醒 1 电荷间的相互作用力称为静电力或库仑力 2 库仑定律适用于真空中两个静止的点电荷 在空气中也近似成立 3 如果存在多个点电荷时 某点电荷受的静电力是其他所有点电荷单独对其作用的静电力的矢量和 2 库仑定律的表达式 1 在国际单位制中 电荷量的单位是库仑 c 力的单位是 距离的单位是 2 k是静电力常量 k 其意义是 两个电荷量为1c的点电荷 在真空中相距1m时 相互作用力是 牛顿 n 米 m 9 0 109n m2 c2 9 0 109n 思考 对于任意形状的带电体 库仑定律能否适用 此时带电体之间的静电力如何计算 答案 库仑定律只适用于真空中的点电荷之间 任意形状的带电体之间的静电力应找出它们的等效点电荷 然后再用库仑定律计算 1 知识图解 点电荷 2 点电荷是一个相对的概念 至于带电体的线度比相关的距离小多少时它才能当作点电荷 要看问题所要求的精确度而定 在宏观意义上讨论电子 质子等带电粒子时 完全可以把它们视为点电荷 特别提醒 点电荷与力学中的质点类似 是在研究复杂物理问题时引入的一种理想模型 不少物理问题都与较多的因素有关 要研究其与所有因素的关系是很困难的 抓住主要因素构建物理模型 才可以简化研究过程 例1 一个半径为10cm的带电圆盘 要研究和它距离为10m处的某个电子的作用力 可以应用库仑定律计算吗 如果这个电子离圆盘只有1mm呢 解析 带电圆盘半径10cm距离电子10m 可以认为双方都是点电荷 完全可以应用库仑定律计算其相互作用力 一般我们说一个物理量比另一个物理量大很多 则至少应该为其100倍 若两者相距1mm 那么带电圆盘相对于电子又相当于一个无限大的带电平面 不能应用库仑定律 答案 见解析 题后反思点电荷是实际带电体的抽象和近似 它是建立具有普遍意义的基本规律的不可缺少的理想模型 又是把复杂多变的实际问题转化或分解为基本问题时必不可少的分析手段 一半径为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 点电荷所受的力为零 现在球壳上挖去半径为r r r 的一个小圆孔a 此时置于球心的点电荷所受电场力的大小为多少 已知静电力常量为k 方向如何 题后反思本题求解时灵活运用了对称的思想及近似的处理方法 题中两处用到近似 1 挖去一小段后 认为电荷在绝缘球壳上的分布不变 2 把b处一小段上的电荷看成点电荷 这也是解决物理问题的基本方法之一 1 适用条件 适用于真空中的点电荷 真空中的电荷若不是点电荷 如图1 2 2所示 同种电荷时 实际距离会增大 如图 a 所示 异种电荷时 实际距离会减小 如图 b 所示 图1 2 2 库仑定律的应用 3 计算库仑力的大小与判断库仑力的方向分别进行 即用公式计算库仑力的大小时 不必将电荷q1 q2的正 负号代入公式中 而只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小 力的方向根据同种电荷相斥 异种电荷相吸加以判断即可 4 式中各量的单位要统一用国际单位 与k 9 0 109n m2 c2统一 5 如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力 可由静电力叠加的原理求出合力 6 两个点电荷间的库仑力为相互作用力 同样满足牛顿第三定律 7 库仑定律与万有引力定律相比有何异同 通过对比我们发现 自然界尽管是多种多样的 但也有规律可循 具有统一的一面 规律的表达虽然那么简捷 却揭示了自然界中深奥的道理 这就是自然界和谐多样的美 特别提醒 1 库仑力和万有引力是不同性质的力 2 万有引力定律适用时 库仑定律不一定适用 8 三个点电荷如何在一条直线上平衡 当三个共线的点电荷在库仑力作用下均处于平衡状态时 1 三个电荷的位置关系是 同性在两边 异性在中间 如果三个电荷只在库仑力的作用下且在同一直线上能够处于平衡状态 则这三个电荷一定有两个是同性电荷 一个是异性电荷 且两个同性电荷分居在异性电荷的两边 2 三个电荷中 中间电荷的电荷量最小 两边同性电荷谁的电荷量小 中间异性电荷就距离谁近一些 例2 如果1 2 3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 q2与q3之间的距离为l2 且每个电荷都处于平衡状态 图1 2 3 1 如果q2为正电荷 则q1为 电荷 q3为 电荷 2 q1 q2 q3三者电荷量的大小之比是 题后反思库仑力作用下带电体的平衡问题 三个电荷在库仑力作用下处于平衡状态 则三个电荷必在同一直线上 且中间电荷的电性一定与两边电荷的电性相反 如图1 2 4所示 质量均为m的三个带电小球a b c放置在光滑绝缘的水平直槽上 a与b间和b与c间距离均为l a球带电量为qa 8q b球带电量为qb q 若小球c上加一水平向右的恒力f 恰好使a b c三小球保持相对静止 求 1 外力f的大小 2 c球所带电荷量qc 图1 2 4 例3 双选 如图1 2 5所示 两个大小相同的小球 质量分别为m1 m2 带同种电荷 电荷量分别为q1 q2 将它们用等长的细丝线悬挂于同一点o 若这时两悬线与竖直方向的夹角相等 则m1和m2 q1和q2的关系可能是 a m1 m2 q1 q2b m1 m2 q1 q2c m1 m2 q1 q2d m1 m2 q1 q2 综合 拓展 提高 图1 2 5 解析 本题是一道包括电场力在内的力学题 应根据受力分析 利用平衡