高中物理 1.2 探究电荷相互作用规律 1课件 沪科版选修31.ppt

1 2探究电荷相互作用规律 目标导航1 理解点电荷的概念 重点 2 掌握库仑定律 会用库仑定律公式进行有关的计算 重点 难点 3 通过点电荷模型的建立 了解理想模型方法 一 决定电荷相互作用的因素电荷间的相互作用力的大小与电荷所带的 和电荷之间的 有关 二 电学中的第一个定律 库仑定律1 点电荷当实际带电体的大小 它们之间的距离时 电荷量 距离 远小于 以致带电体的形状和大小对相互作用的影响可以 时 可近似看成点电荷 它是理想化模型 2 库仑定律 1 内容 真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力的大小 跟它们的电荷量q1与q2的 成正比 跟它们的距离r的平方成 作用力的方向沿着它们的 忽略不计 乘积 反比 连线 2 公式 3 k是一个常量 叫做静电力常量 如果各物理量都采用国际单位制 则k 4 库仑定律的适用条件是 真空中 静止的 在干燥的空气中可直接应用 如果不是点电荷 但知道了电荷的分布仍可利用库仑定律和力的合成法则求带电体间的相互作用力 9 0 109n m2 c2 点电荷 想一想 要点1对点电荷的进一步理解 学案导引小的带电体一定能看做点电荷吗 1 点电荷是只有电荷量 没有大小 形状的理想化模型 2 一个带电体能否看做点电荷 是相对具体问题而言的 不能单凭其大小和形状确定 3 点电荷与质点的类比点电荷是不考虑大小形状和电荷分布情况的带电体 是实际带电体的理想化模型 事实上 任何带电体都有其大小和形状 真正的点电荷是不存在的 它像力学的质点模型一样 就是抓住主要因素 忽略次要因素构建物理模型 简化研究过程 特别提醒 1 严格理想化的 点电荷 应是一个带电的 几何点 但这是不存在的 2 点电荷 所带的电荷量既不一定是元电荷 也不一定电荷量很小 3 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 原创题 2011年10月29日我国 天宫一号 发射成功 假设升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电 如果这些静电没有被及时导走 下列情况中升空后的 天宫一号 能被视为点电荷的是 a 研究 天宫一号 外部与其相距1m处的一个带电微粒之间的静电力 b 研究 天宫一号 与地球 带负电 之间的静电力c 任何情况下都可视为点电荷d 任何情况下都不可视为点电荷 审题指导 解此题的关键有两点 1 明确带电体视为点电荷的条件 2 同一带电体能否视为点电荷 要具体问题具体分析 精讲精析 对带静电的 天宫一号 如果研究一个悬浮在距它1m处的带电粒子 那么 天宫一号 就相当于一个很大的带电体 与两者距离相比不能忽略 因此这时不能把 天宫一号 视为点电荷 a项不正确 当考虑 天宫一号 和地球之间的静电力时 天宫一号 大小比它与地球之间的距离小得多 天宫一号 本身大小可以忽略 可以把它视为点电荷 b项正确 由以上分析可见 天宫一号 能否被视为点电荷 要具体问题具体分析 所以c d不正确 答案 b 规律总结 点电荷具有相对意义 一个带电实体能否看成点电荷要依据研究问题的需要 而不是只看形状的大小和电量的多少 变式训练1 2012 安庆高二检测 下列关于点电荷的说法 正确的是 a 点电荷一定是电量很小的电荷b 点电荷是一种理想化模型 实际不存在c 只有球形带电体 才能看成点电荷d 一个板状的带电体一定不能看成点电荷 解析 选b 点电荷和质点一样是一种理想化模型 一个带电体能否看做点电荷 不是依据其大小和形状及带电荷量的多少 而是根据对研究问题的影响程度 故a c d错误 b正确 要点2库仑定律的探究与理解 学案导引1 探究库仑定律应用的什么科学思想方法 2 两点电荷间的库仑力有什么特殊性吗 1 实验与探究如图1 2 1甲所示 把两个带同种电荷的小球挂在丝线下端 可以看到两球在静电斥力的作用下分开 从图乙由平衡知识可知 f gtan 显然 越大 静电力f越大 图1 2 1 1 保持电量不变 探究静电力的大小跟距离的关系 2 保持距离不变 探究静电力的大小与电荷量的关系 结论 两电荷间的作用力的大小取决于两电荷之间的距离和电荷量 2 库仑定律的理解 特别提醒 电荷间的相互作用力通常叫做库仑力或静电力 库仑力是根据性质命名的力 是一种 性质力 与重力 弹力 摩擦力一样 因此在受力分析时千万不能漏掉 如图1 2 2所示 半径相同的两个金属小球a b带有电量相等的电荷 相隔一定距离 两球之间的相互吸引力的大小是f 今让第三个半径相同的不带电的金属小球c先后与a b两球接触后移开 这时 a b两球之间的相互作用力是 图1 2 2 审题指导 解此题的关键有两点 1 电荷均分原理 2 库仑定律 答案 a 规律总结 1 应用库仑定律公式时一定要理解 点电荷 的含义 不要乱套公式 2 引力与排斥力的判断通常不用正 负号代入 而是依据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 变式训练2 真空中有两个电荷 相距为r 相互作用力为f 若使它们的电荷量都增大到原来的2倍 要使它们之间的作用力仍为f 其间距应为 3 2012 安康高二月考 如图1 2 3所示 两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b 其壳层的厚度和质量分布均匀 将它们固定于绝缘支座上 两球心间的距离为l 为球半径的3倍 若使它们带上等量异种电荷 使其电量的绝对值均为q 那么a b两球之间的万有引力f引和库仑力f库分别为 图1 2 3 解析 选d 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体 虽然两球心间的距离l只有其半径r的3倍 但由于球壳的厚度和质量分布均匀 两球壳可看做质量集中于球心的质点 因此可以应用万有引力定律 虽然两球带电均为q 但由于电荷间相互作用 电荷在球壳上的分布不再均匀 由此可知 库仑定律不再适用 故正确答案为d 库仑力作用下的平衡问题 经典案例 8分 如图1 2 4所示 带电量分别为4q和 q的小球a b固定在水平放置的光滑绝缘细杆上 相距为d 若杆上套一带电小环c 带电体a b和c均可视为点电荷 求小环c的平衡位置 图1 2 4 思维流程 答案 平衡位置在b右侧距b为d 名师点评 库仑力具有力的一切性质 在作用效果上与常见的力相同 但与重力 弹力 摩擦力性质不同 在平衡与加速问题的处理中 力学的规律均适用 只是应抓住库仑力的特点 如库仑力与点电荷距离的二次方成反比 因此 点电荷间距离变化时 库仑力也要变化 静电力与万有引力间的相同点和不同点1 相同点 1 两种力均为非接触力 场力 2 静电力和万有引力都与距离的二次方成反比 3 静电力和万有引力的表达式中都有与作用力有关的物理量 电荷量或质量 的乘积 且两种