高二物理 电荷库仑定律第二课时 课件 选修3.ppt

13 1电荷库仑定律 第十三章电场 第二课时电荷库仑定律习题课 专题一理解元电荷的基本概念所有带电体的电荷量或者等于元电荷 或者是元电荷的整数倍 e 1 6 10 19c 1 关于元电荷的理解 下列说法正确的是a 元电荷就是电子b 元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电量c 元电荷就是质子d 物体所带的电量只能是元电荷的整数倍 答案 bd 元电荷是自然界中最小的带电量 可以把e做为物体带电量的单位 元电荷并不是某一种带电粒子 专题二会解电荷守恒定律与库仑定律的综合题 两个完全相同的金属小球接触时的电量分配规律 原带异种电荷的先中和 后平分 原带同种电荷的总电量平分 然后利用库仑定律求解 注意绝缘体带电球是不能中和的 1 甲球带有4 8 10 16c的正电荷 乙球带有3 2 10 16c的负电荷 放在真空中相距为10cm的地方 甲 乙两球的半径远小于10cm 1 试求两球之间的库仑力 并说明是引力还是斥力 2 将两个导体球相互接触再放回原处 其作用力多大 是斥力还是引力 答案 1 1 4 10 19n 引力 2 无法确定 斥力 真理是相对的 一定要注意物理规律的适用条件 2 有三个完全一样的金属小球a b c a带电量7q b带电量 q c不带电 将a b固定 相距r 然后让c球反复与a b球多次接触 最后移去c球 试问a b两球间的相互作用力变为原来的多少倍 答案 4 7 c球反复与a b球接触 最后三个球带相同的电量 其电量为 a b球原先相互作用力大小为 a b球最后相互作用力大小为 即 关键词语 反复多次接触 表示a b原来所带电量的代数和最终被a b c三个相同的金属球平分 专题三 掌握库仑定律的变异解题方法 库仑定律只适用于点电荷这一理想模型 有时可根据需要将研究对象进行分割或填补 从而使非理想模型转化为理想模型 使非对称体转化为对称体 达到简化结构 顺利解题的目的 1 半径为r的两个相同的金属球放在绝缘桌面上 两球都带等量同种电荷量q 两球心相距为3r 两金属球间的作用力为f 则 a b c d 无法判断 答案 b 注意库仑定律的适用条件 真理是相对的 两球带同 异 种电荷时 由于电荷的相互作用 使两球电荷中心距离大 小 于两球心距离 2 一半径为r的绝缘球壳上均匀地带有电量为 q的电荷 另一电量为 q的点电荷放在球心o上 由于对称性 点电荷受力为零 现在球壳上挖去半径为r r r 的一个小圆孔 则此时置于球心的点电荷所受力的大小为 已知静电力恒量k 方向 答案 由球心指向小孔中心 利用对称性和填补法 将小圆孔带的电荷看成点电荷 它所带电量为 r2q 4 r2 它对球心处点电荷q的作用力与剩下部分对点电荷q的作用力等大 反向 共线 关键词填补对称等效替换 整体法 整个球壳上的电荷对球心处点电荷的静电力为零 隔离法 挖去部分和剩下部分对球心处点电荷静电力二力平衡 专题四带电体 可视为点电荷 在点电荷电场中的平衡问题 明确这里所说的平衡是指带电体的加速度为零的静止或匀速直线运动状态 仍属共点力的平衡问题 仍按平衡条件求解 即合力为零 首先选择研究对象 注意整体法和隔离法相结合 对研究对象受力分析时加上库仑力 库仑力遵循库仑定律 按平衡条件求解 二力平衡用六字方针 等大 反向 共线 三个非共线力的平衡一般用平衡条件的推论求解 四个及四个以上非共线力的平衡一般用正交分解法求解 基本思想是 电学搭台 力学唱戏 1 如图所示 一个挂在丝线下端的带正电的小球b 静止在图示位置 若固定的带正电的小球a电量为q b球的质量为m 带电量为q 30 a和b在同一水平线上 整个装置处于真空中 求a b两球之间的距离为多少 答案 模型化归利用共点力平衡条件的推论求解三个共点力的平衡问题 对研究对象认真受力分析 按比例画出受力分析示意图是解力学题的基础 基本方程表述要规范 构建和谐社会 k值不能代入 答案 1 a 2 a 模型化归利用矢量 与几何 相似求解三个共点力的平衡问题 对研究对象认真受力分析 按比例画出受力分析示意图是解力学题的基础 答案 0 1m 45 对研究对象认真受力分析 按比例画出受力分析示意图是解力学题的基础 模型化归利用共点力平衡条件的推论求解三个共点力的平衡问题 4 两条长都为l的细线下悬挂质量为m1 m2的带同种电荷的小球 处于平衡态时 两线与竖直方向的夹角分别为 讨论当m取不同值时 角的关系 当m1 m2时 当m1 m2时 当m1 作图要规范观察要细致思路要清晰列式要标准 5 如图所示 两个小球质量分别为m1 m2 电量分别为q1 q2 用丝线悬挂于同一点 静止后它们恰好位于同一水平面上 细线与竖直方向间的夹角分别为 且 由此可知 a m1 m2 q1q2 q1 q2 sin sin c q1 q2 m1 m2 tg tg d q1 q2不一定相等 m1 m2 tan tan 答案 d 作图要规范观察要细致思路要清晰列式要标准 ab段细线的张力 bc段细线的张力 6 三个可视为质点的金属小球a b c 质量都是m 带电量都是 q 连接小球的绝缘细线长度都是l 静电力恒量为k 重力加速度为g 求 oa段细线所受的拉力 以a b c为研究对象 以c为研究对象 以b c为研究对象 若研究对象由多个物体组成 如果不涉及系统内物体间的相互作用力 应该用整体法 如果涉及系统内物体间的相互作用力 应该用隔离法 在同一个题目中 往往是先整体 后隔离 隔离法的本质是把系统内物体之间的内力转化为外力 专题五三个自由点电荷系统的平衡问题 三个自由电荷都处于静电平衡状态的条件是 三个自由电荷在同一直线上 位于中间的电荷带电量最小 与两侧电荷异号 并靠近两侧电荷中带电量较小的那一个 概括成口诀即为 三点共线 两同夹异 两大夹小 近小远大 1 有两个带电小球 电量分别为 q和 9q 固定在真空中相距0 4m处 如果引进第三个带电小球 使第三个小球处于平衡状态 第三个小球带的是哪种电荷 应放在什么地方 电量是q的几倍 第三个带电小球应放在 q和 9q连线上 q的外侧 距 q为0 2m 正负电荷均可 电量大小都行 设q是正电荷 设q是负电荷 fac和fbc反向 上面方程仍然成立 结果不变 不管第三个小球带正电还是负电 只能放在ab连线上a的外侧 1号区 才可能处于平衡状态 x 2 有两个带电小球 电量分别为 q和 9q 在真空中相距0 4m 如果引进第三个带电小球 正好使三个小球都处于平衡状态 第三个小球带的是哪种电荷 应放在什么地方 电量是q的几倍 答案 第三个小球带负电 应放在 q和 9q的连线上 且距 q0 1m处 电量为q的倍 由 2 解出x d 4 0 1m代入 1 解出q 9q 16 x 专题六库仑定律与牛顿运动定律及动量守恒定律的综合应用 库仑力作用于带电体 同样产生加速度 物体的运动状态发生改变 由此而引出的动力学问题 使其应用范围扩展到与牛顿运动定律及动量能量等问题相结合的领域 1 质量分别为m和2m的两个点电荷a b 放在光滑绝缘的水平面上 相距为d 它们由静止开始运动 刚开始时 a的加速度为a 经过一段时间后 b的加速度增大为a 这时两个电荷间距离是多少 不考虑电荷间的罗仑兹力 初状态 末状态 根据牛顿第二定律 根据库仑定律 牛顿第二定律的瞬时性 静电力具有力的共性 力的作用效果是产生加速度或者使物体发生形变 电学搭台 力学唱戏 2 一根放在水平面上内部光滑的绝缘玻璃管 管内有两个完全一样的弹性金属小球a和b 如图所示 带电量分别为q和 5q 两球从图中位置由静止释放 当两球再次同时经过图中位置时 a球的瞬时加速度为释放时的多少倍 答案 4 5 解 初状态 末状态 两球带异种电荷 接触时电量先中和 后平分 各带 2q 因此 牛顿第二定律的瞬时性 静电力具有力的共性 力的作用效果是产生加速度或者使物体发生形变 两个完全相同的金属小球接触时的电量分配规律 答案 3 3 3 电学搭台 力学唱戏 物体间相互作用问题除了牛顿第三定律就是动量守恒定律 别无选择 4 电子绕核的运动可以等效为一环形电流 设氢原子模型中 电子绕原子核以半径为r做匀速圆周运动 已知电子的质量为m 电子的电量为e 静电力恒量为k 则其等效电流为多大 解 匀速圆周运动的基本规律是合外力提供向心力 根据电流强度的定义式 其等效电流 平均电流 为 联立以上两式解出 电子和质子之间的静电力是其万有引力的2 3 1039倍 所以在研究微观带电粒子间的相互作用时 经常把万有引力忽略不计 5 质量为m 带电量为 q的小球用一根长为l的绝缘细线悬于a点 如果悬点a处放一带电量为 q的点电荷 要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动 求小球在最低点的速度最小值 解 小球刚好到达最高点时 从最低点到最高点 只有重力做功 机械能守恒 联立以上两式解出小球在最低点的速度最小值 变速圆周运动的基本解法是最高点 最低点的牛顿第二定律和从最低点到最高点的机械能守恒定律 或动能定理 绳模型的临界条件 6 在光滑的水平直线轨道上 有质量分别为2m和m 带电量分别为 q 2q的a b两个小球 相距很远 相向运动 某时刻速度大小为va v vb 1 5v 由于静电斥力 它们不会相碰 则下列判断正确的是 a a球一直沿原来方向运动 b球要反向运动 b a b两球都要反向运动 但b球先反向 c 两球相距最近时 速度大小相等 方向相反 d a球对b球的作用力始终做负功 答案 b a b相向做变减速运动 任一时刻它们的静电力大小相等 由于a的质量是