高中物理 第一章 静电场 第2讲 库仑定律课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第2讲库仑定律 1 明确点电荷是个理想化模型 知道带电体简化为点电荷的条件 2 理解库仑定律的内容及公式 会用库仑定律进行有关的计算 3 了解库仑扭秤实验 目标定位 二 库仑定律和库仑的实验 三 静电力的叠加 四 静电力作用下的平衡问题 栏目索引 一 点电荷 对点检测自查自纠 答案 一 点电荷 知识梳理 1 定义 当带电体间的距离比它们自身的大小 以致带电体的 及对它们之间的作用力的影响可以忽略时 这样的带电体就可以看做 2 点电荷是的物理模型 只有电荷量 没有大小 形状 类似于力学中的质点 实际 填 存在 或 不存在 大得多 形状 大小 电荷分布状况 点电荷 理想化 不存在 答案 深度思考 1 只有体积很小或电荷量很小的带电体才可以看做点电荷吗 答案不是 一个带电体能否看做点电荷 是相对于具体问题而言的 与体积大小和电荷量大小无关 2 点电荷就是元电荷吗 答案不是 点电荷是一种理想化的物理模型 元电荷是最小电荷量 典例精析 解析答案 返回 总结提升 例1关于点电荷 下列说法中正确的是 a 点电荷就是体积小的带电体b 球形带电体一定可以视为点电荷c 带电少的带电体一定可以视为点电荷d 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 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 就可以看做点电荷 带电体能否看成点电荷 要依具体情况而定 a b c均错 d 返回 总结提升 1 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 点电荷的电荷量可能较大也可能较小 但一定是元电荷的整数倍 答案 知识梳理 二 库仑定律和库仑的实验 1 内容 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的电荷量的乘积成 与它们的距离的成反比 作用力的方向在 2 公式 f 其中k n m2 c2 叫做静电力常量 3 适用条件 1 2 正比 二次方 它们的 连线上 9 0 109 在真空中 点电荷 答案 4 库仑的实验 1 库仑扭秤实验是通过悬丝比较静电力f的大小 实验结果发现静电力f与距离r的成反比 2 库仑在实验中为研究f与q的关系 采用的是用两个的金属小球后电荷量的方法 发现f与q1和q2的成正比 5 静电力的确定 1 大小计算 利用库仑定律计算静电力时不必将表示电性的正 负号代入公式 只代入q1和q2的绝对值即可 2 方向判断 利用同种电荷相互 异种电荷相互来判断 扭转的角度 二次方 完全相同 接触 平分 乘积 排斥 吸引 答案 深度思考 当电荷q1 q2间的距离r 0时 由公式f 可知 两电荷间的相互作用力f 这种说法正确吗 为什么 答案不正确 因为当电荷q1 q2间的距离r 0时 已不能将q1 q2视为点电荷了 库仑定律不再适用 典例精析 例2两个完全相同的金属小球a b 均可视为点电荷 带有相等的电荷量 相隔一定距离 两小球之间相互吸引力的大小是f 今让第三个不带电的相同金属小球先后与a b两小球接触后移开 这时 a b两小球之间的相互作用力的大小是 解析答案 总结提升 答案a 总结提升 总结提升 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 两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律 即不论电荷量大小如何 两点电荷间的库仑力大小总是相等的 返回 解析答案 总结提升 例3如图1所示 两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上 两球面最近距离为r 带等量异种电荷 电荷量为q 两球之间的静电力为下列选项中的哪一个 图1 解析由于两金属球带等量异种电荷 电荷间相互吸引 因此电荷在金属球上的分布向两球靠近的一面集中 电荷间的距离就要比3r小 根据库仑定律 静电力一定大于 正确选项为b b 返回 总结提升 两个形状规则的均匀球体相距较远时可以看做点电荷 相距较近时不能看做点电荷 此时球体间的作用力会随着电荷的分布而变化 答案 三 静电力的叠加 知识梳理 1 两个点电荷间的作用力 选填 会 或 不会 因为第三个点电荷的存在而有所改变 2 两个或者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点电荷的作用力的 不会 矢量和 典例精析 例4如图2所示 在a b两点分别放置点电荷q1 2 10 14c和q2 2 10 14c 在ab的垂直平分线上有一点c 且ab ac bc 6 10 2m 如果有一个电子在c点 它所受到的库仑力的大小和方向如何 图2 解析答案 总结提升 返回 解析电子在c点同时受a b点电荷对其的作用力fa fb 如图所示 由库仑定律f 得fa fb 9 0 109 n 8 0 10 21n 由平行四边形定则和几何知识得 静止在c点的电子受到的库仑力f fa fb 8 0 10 21n 方向平行于ab向左 答案8 0 10 21n方向平行于ab向左 总结提升 总结提升 返回 1 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 2 当多个带电体同时存在时 每两个带电体间的库仑力都遵守库仑定律 某一带电体同时受到多个库仑力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力 四 静电力作用下的平衡问题 典例精析 例5如图3所示 用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0 1kg的小球a悬挂到水平板的m n两点 a上带有q 3 0 10 6c的正电荷 两线夹角为120 两线上的拉力大小分别为f1和f2 a的正下方0 3m处放有一带等量异种电荷的小球b b与绝缘支架的总质量为0 2kg 重力加速度取g 10m s2 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 a b球可视为点电荷 求 图3 解析答案 1 两线上的拉力f1和f2的大小 解析对a进行受力分析 如图所示由平衡条件 可得 水平方向f1sin60 f2sin60 联立以上两式解得 f1 f2 1 9n 答案1 9n1 9n 解析答案 返回 2 支架对地面的压力fn的大小 解析设地面对支架的支持力大小为fn 对b和支架进行受力分析 如图所示 由牛顿第三定律得支架对地面的压力大小fn fn 1 1n 答案1 1n 技巧点拨 返回 技巧点拨 分析静电力平衡的基本方法 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 解析答案 对点检测自查自纠 1 2 3 4 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 点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体c 根据f 可知 当r 0时 f 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 1 2 3 4 解析点电荷是一种理想化模型 一个带电体能否看成点电荷不是看其大小和所带电荷量多少 而是应具体问题具体分析 是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计 因此大的带电体一定不能看成点电荷和小的带电体一定能看成点电荷的说法都是错误的 所以选项a d正确 b错误 r 0时已经不能看成点电荷 c错误 答案ad 1 2 3 4 2 库仑定律的理解和应用 两个分别带有电荷量 q和 3q的相同金属小球 均可视为点电荷 固定在相距为r的两处 它们间库仑力的大小为f 两小球相互接触后将其固定距离变为 则两球间库仑力的大小为 解析答案 b 解析答案 1 2 3 4 3 静电力的叠加 如图4 电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于p点和q点 已知放在p q连线上某点r处的点电荷q受力为零 且pr 2rq 则 图4 a q1 2q2b q1 4q2c q1 2q2d q1 4q2 解析由于r处的点电荷q受力平衡 解得 q1 4q2 b 解析答案 1