广东省德庆县高中物理 第一章 电与磁 第二节 点电荷间的相互作用课件 粤教版选修11.pptVIP

第二节点电荷间的相互作用 宇航员在探测某星球时 发现该星球均匀带电 且电性为负 电荷量为q 表面无大气 在一次实验中 宇航员将一带负电q 且q q 的粉尘置于离该星球表面h高处 该粉尘恰处于悬浮状态 宇航员又将此粉尘带到距该星球表面2h高处 无初速度释放 则此带电粉尘将处于什么状态 情景切入 解答 此问题要明确点电荷间的作用力然后由受力平衡得解 粉尘受到万有引力和电场力两个力的作用 有 k g即此两力平衡与h无关 故粉尘在任何高度都处于悬浮状态 一 基本概念1 点电荷 电荷自身的大小比电荷间的距离 得多的电荷 它是一个 模型 2 电荷间的相互作用规律 同种电荷相互 异种电荷相互 二 基本规律库仑定律1 内容 中两个点电荷之间的相互作用力 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 上 2 公式 f kq1q2 r2 k 3 条件 自主学习 一 1 小理想化2 排斥吸引二 1 真空正比反比它们的连线2 9 109n m2 c23 1 在真空中 2 点电荷 关于库仑定律的应用 应注意以下几点1 表达式 f kq1q2 r2 其中k是比例常数 f是两个点电荷间的静电力 q1 q2是它们所带的电荷量 r是它们之间的距离 2 适用条件 1 真空中 2 点电荷3 静电力的方向 同种电荷相排斥 异种电荷相吸引 重点突破 典例剖析 点电荷是一个理想化的模型 关于点电荷的说法 正确的是 a 只有体积很小的带电体 才能作为点电荷b 体积很大的带电体一定不能看作点电荷c 点电荷一定是电荷量很小的电荷d 两个带电的金属小球 不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 解析 在研究带电体间的相互作用时 如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离 带电体本身的大小 对我们所讨论的问题影响甚小 相对来说可把带电体视为一 hj2 8mm 几何点 并称它为点电荷 但点电荷本身的线度不一定很小 它所带的电荷量也可以很大 点电荷这个概念与力学中的 质点 类似 所以abc均不对 两个带电的金属小球 距离近时电荷不会均匀分布 故d对 答案 d 点评 库仑定律成立的条件 真空中 空气中也近似成立 点电荷 即带电体的形态和大小对相互作用力的影响可以忽略不计 这一点与万有引力很相似 但又有不同 对质量均匀分布的球 无论两球相距多近 r都等于球心距 而对带电导体球 距离近了以后 电荷会重新分布 不能用球心距代替 解析 此题易误选为a 其错误原因是没有把握库仑定律f kq1q2 r2仅适用于点电荷间的相互作用 当电荷间的距离与电荷的线度相比不是很大时 便不能再视为点电荷 库仑定律也适用于带电金属小球间的作用力 此时公式中r指两球球心间的距离 相当于将带电球看成电荷量集中于球心的点电荷 但是 两个带电球必须保证均匀带电 误解 显然忽视了将库仑定律用于带电金属球的前提条件 题意指示球有一定大小 又未注明 r r 设想球靠得较近时 由于电荷间的排斥或吸引 就会引起球上电荷的重新分布 如下图所示 结果两球都不再均匀带电 库仑定律在此情况下不再适用 正确的解答应是 静电荷只能分布在金属球的外表面上 若是同种电荷则互相排斥 电荷间的距离r1大于r如上图 a 所示 根据库仑定律 它们之间的相互作用力f1kq1q2 r2 此题并未说明小球带何种电荷 答案 d 同一条直线上的三个点电荷的计算问题 在相距为a的a b两点 分别固定放置电荷量为 q和 2q的两个点电荷 在何处放上第三个点电荷才能该电荷平衡 该点电荷的电荷量多大 它是哪种电荷 解析 先画出示意图如下图所示 要使放入的第三个点电荷平衡 由共力的平衡条件可知其所受的合外力应为零 由图分析该电荷只能放在ab连线的延长线上 又由于a的电荷量较小 由库仑定律可知电荷只能放在靠近a的端 设该电荷带电荷量为q 距a为r 则有 kqq r2 kqq 2 a r 2故解得r 1 aq被约去 由相互作用力的情况可知 所求电荷的电性 电荷量不限 答案 见解析 自我检测 1 库仑定律的适用范围是 a 真空中两个带电球体间的相互作用力b 真空中任意带电体间的相互作用力c 真空中两个点电荷间的相互作用力d 真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离 则可应用库仑定律 cd 2 两个带电粒子相距r 其静电力大小为f 现使它们相互接触然后放回原处 则其静电力大小将 a 变大b 变小c 不变d 以上情况都有可能 d 3 关于点电荷的说法正确的是 a 带电体体积很大时不能看成点电