高中物理 1.2 库仑定律课件 新人教版选修31.ppt

2库仑定律 温故知新 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 2 把两个相同的金属小球接触一下再分开一个很小的距离 发现两球之间相互排斥 则这两个小球原来的带电情况可能是 两球带等量异号电荷 两球带等量同号电荷 两球原来带不等量同号电荷 两球原来带不等量异号电荷答案 一 库仑定律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 与它们的成反比 作用力的方向在它们的连线上 2 公式 新知梳理 正比 距离的二次方 3 适用条件 4 静电力常量公式中的比例常数k 叫做静电力常量 在国际单位制中 k 9 0 109n m2 c2 其意义是两个电荷量是1c的点电荷在真空中相距1m时 相互作用力是9 0 109n 5 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 大小及电荷分布状况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成带电的点 叫做点电荷 在真空中 点电荷 形状 特别提醒 点电荷是只有电荷量 没有大小 形状的理想化模型 二 库仑的实验1 库仑扭秤实验是通过比较静电力f大小的 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电荷量的方法 发现f与q1和q2的成正比 悬线扭转的角度 平方 完全相同 接触 平分 乘积 合作探究 如何探究影响电荷间相互作用力的因素 带电体能看成点电荷的条件及对点电荷的理解 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 实际中并不存在 是一种科学的抽象 其建立过程反映了一种分析处理问题的思维方式 2 实际的带电体在满足一定条件时可近似看做点电荷 一个带电体能否看成点电荷 不能单凭其大小和形状确定 也不能完全由带电体的大小和带电体间的 关系确定 关键是看带电体的形状和大小对所研究的问题有无影响 若没有影响 或影响可以忽略不计 则带电体就可以看做点电荷 3 概念辨析 2 下面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看成是点电荷b 体积很大的带电体一定不能看成是点电荷c 当两个带电体的大小远小于它们间的距离时 可将这两个带电体看成是点电荷d 一切带电体都可以看成是点电荷 解析 本题考查对点电荷的理解 带电体能否看做点电荷与带电体的体积无关 主要看带电体的体积对所研究的问题是否可以忽略 如果能够忽略 则带电体可以看成是点电荷 否则就不能 答案 c 库仑定律与万有引力定律之间有哪些异同点 特别提醒 1 库仑力和万有引力是两种不同性质的力 受力分析时要分别分析 2 库仑力和万有引力表达式的相似性 揭示了大自然的和谐美 多样美 3 如图1 2 1所示 两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和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l为球半径的3倍 若使它们带上等量异种电荷 使其电荷量的绝对值均为q 那么关于a b两球之间的万有引力f引和库仑力f库的表达式正确的是 图1 2 1 解析 由于a b两球所带异种电荷相互吸引 使它们各自的电荷分布不均匀 即相互靠近的一侧电荷分布较密集 又l 3r 不满足l r的要求 故不能将带 答案 d 1 库仑力也称为静电力 它具有力的共性 2 两点电荷之间的作用力是相互的 其大小相等 方向相反 3 在应用库仑定律时 q1 q2可只代入绝对值算出库仑力的大小 再由同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引来判断库仑力的方向 4 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 它是矢量 合成分解时遵守平行四边形定则 答案 b 典例精析 库仑定律的应用 答案 c 解析 质子带电为 e 所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的 据题意 三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处 这时上夸克与上夸克之间的静电力应为 答案 上夸克间静电力f1 46n 为斥力 上 下夸克间静电力为f2 23n 为引力 例2 如图1 2 2所示 悬挂在o点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球a 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球b 当b到达悬点o的正下方并与a在同一水平线上 a处于受力平衡时 悬线偏离 图1 2 2 竖直方向的角度为 若两次实验中b的电荷量分别为q1和q2 分别为30 和45 则q2 q1为 解析 以小球a为研究对象 设小球带电荷量为q 细线长l 两次受库仑力平衡 答案 c反思领悟 力电综合题 可以归纳为 电学问题 力学方法 只是把库仑力当作一个服从库仑定律的普通力就可以了 其在效果上 和重力 弹力 摩擦力等一样遵循力学规律 如图1 2 3所示 可视为点电荷的小物体a b分别带负电和正电 b固定 其正下方的a静止在绝缘斜面上 则a受力个数可能为 a a可能受2个力作用b a可能受3个力作用c a可能受4个力作用d a可能受5个力作用 图1 2 3 解析 小物体a必定受到两个力作用 即重力和b对它的电场力 这两个力方向相反 若两者恰好相等 则a应只受这两个力作用 若向上的电场力小于a的重力 则a还将受到斜面的支持力 这三个力不能平衡 用假设法可得a必定受到了斜面的静摩擦力 所以a受到的力可能是2个 也可能是4个 选a c 答案 ac 1 三个电荷在同一直线上只受库仑力处于平衡状态的规律 1 三个电荷的位置关系是 同性在两边 异性在中间 或记为 两同夹一异 2 三个电荷中 中间电荷的电荷量最小 两边同性电荷中哪个的电荷量小 中间异性电荷距哪个近一些 或可记为 两大夹一小 近小远大 创新拓展 例3 a b两个点电荷 相距40cm 电荷量分别为q1和q2 且q1 9q2 都是正电荷 现引入点电荷c 这时a b c三个电荷都恰好处于平衡状态 试问 点电荷c的带电性质是什么 电荷量多大 它放在什么地方 图1 2 4 解析 本题考查了库仑定律在三个电荷平衡问题中的应用 由于每一个点电荷都受另外两个点电荷的作用 三个点电荷只有处在同一条直线上 且c在a b之间并带负电荷才有可能都平衡 否则三个正电荷相互排斥 永远不可能平衡 设c与a相距xm 则c b相距 0 4 x m 设点电荷c的电荷量为q3 根据二力平衡原理可列平衡方程 显见 上述三个方程实际上只有两个独立的 解这些方程 可得有意义的解 点评 三个电荷平衡规律可总结为 三电荷在同一直线上 且有 两同夹一异 两大夹一小 的特点 2 根据 对称性 用 等效的思想 处理非点电荷的库仑力 例4 如图1 2 5所示 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静电力的大小为多少 方向如何 已知静电力常量是k 图1 2 5 解析 由于球壳上均匀带电 原来每条直径两端相等的一小块面积上的电荷对球心处点电荷 q的库仑