高中物理选修3-1 第一章静电场1. 2学案设计

学案设计 第一章静电场2库仑定律学习目标1.通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系.2.明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件.3.了解库仑扭秤实验.4.掌握库仑定律的文字表达及公式表达.自主探究1.自然界中存在、两种电荷,同号电荷,异号电荷.2.万有引力定律的公式,其中引力常量为.合作探究一、实验演示:探究影响电荷间相互作用力的因素提示:悬挂的小球受重力、拉力和电荷间相互作用力,电荷间作用力F=mgtan ,偏角越大,表明电荷间作用力越大.演示一:让带电物体A靠近悬挂在丝线上的带正电小球,观察在不同距离时小球的偏转角度.演示二:使小球处于同一位置,增大或减少小球所带的电荷量,观察小球偏角的变化关系.结论:.二、库仑定律1.库仑定律的内容:.2.库仑定律的适用条件:.3.什么是点电荷?.点电荷类似力学中的,它也是一种.三、库仑的实验1.结构简介如图A是带电小球,B是不带电的小球,B与A的重力平衡,另一带电小球C靠近A时,A与C的作用力使悬丝扭转,通过悬丝扭转的角度比较力的大小.2.研究方法(1)控制电荷量Q不变,验证静电力F与r2的关系(2)控制带电小球之间的距离r不变,验证静电力F和电荷量Q的关系3.思想方法(1)小量放大思想;(2)电荷均分原理.【提问】库仑的那个年代还不能测量物体所带的电荷量,他是怎样解决这个问题的?4.库仑定律的表达式:,其中k是,叫做,k的数值为.【例题1】氢原子核(即质子)的质量是1.6710-27 kg,电子的质量是9.110-31 kg,在氢原子内它们之间的最短距离为5.310-11 m.试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力.【例题2】真空中有三个点电荷,它们固定在边长为50 cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+210-6 C,求它们各自所受的库仑力.课堂检测1.下列说法中正确的是()A.点电荷是一种理想模型,真正的点电荷是不存在的B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C.根据F=kq1q2r2可知,当r趋近于0时,F趋近于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2.有两个半径为r的带电金属球中心相距为L(L=4r),对于它们之间的静电作用力(设每次各球带电量绝对值相同)()A.带同号电荷时大于带异号电荷时B.带异号电荷时大于带同号电荷时C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时D.大小与带电性质无关,只取决于电荷量3.三个相同的金属小球a、b和c,原来c不带电,而a和b带等量异号电荷,相隔一定距离放置,a、b之间的静电力为F.现将c球分别与a、b接触后拿开,则a、b之间的静电力将变为()A.F2B.F4C.F8D.3F84.如图所示,两个带电小球A、B分别用细丝线悬吊在同一点O,静止后两小球在同一水平线上,丝线与竖直方向的夹角分别为、(),关于两小球的质量m1、m2和带电荷量q1、q2,下列说法中正确的是()A.一定有m1m2,q1q2B.可能有m1q2C.可能有m1=m2,q1=q2D.可能有m1m2,q1=q25.两个完全相同的带电小球,质量均为m且带有等量同号电荷,用两根长度相同的绝缘细线悬挂于同一点,如图所示,静止后两条细线张角为2,若细线长度为L,两个小球所带电荷量大小均为,悬线张力大小为.6.如图所示,把质量为0.2 g的带电小球A用丝线吊起,若将带电荷量为410-8 C的小球B靠近它,当两小球在同一高度且相距3 cm时,丝线与竖直方向夹角为45,此时小球B受到库仑力F=.小球A带的电荷量qA=.7.如图所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量异号点电荷QA,QB,QA=+Q,QB=-Q,求在顶点C处的点电荷+QC所受的静电力.参考答案自主探究1.正负排斥吸引2.F=GMmr26.6710-11合作探究一、实验演示:探究影响电荷间相互作用力的因素电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大,随距离的增大而减小二、库仑定律1.真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上2.真空中;两个点电荷之间的相互作用3.当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状、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作带电的点,叫做点电荷质点理想化的物理模型三、库仑的实验2.控制变量法3.库仑将两个完全相同的金属小球,一个带电、一个不带电,两者相互接触后电荷量被两球等分,各自带有原有总电荷量的一半.这样库仑就巧妙地解决了这个问题,用这个方法依次得到了原来电荷量的12、14、116等的电荷量,从而顺利地验证得出Fq1q24.F=kq1q2r2比例系数静电力常量k=9.0109 Nm2/C【例题1】氢核与电子所带的电荷量都是1.610-19 C.F库=kq1q2r2=(9.0109)(1.610-19)(1.610-19)(5.310-11)2N=8.210-8NF引=Gm1m2r2=(6.710-11)(1.6710-27)(9.110-31)(5.310-11)2N=3.610-47 NF库F引=2.31039可见,微观粒子间的万有引力远小于库仑力,因此在研究微观粒子的相互作用时,可以把万有引力忽略.【例题2】 按题意作图.每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力,情况相同,只要求出一个点电荷(例如q3)所受的力即可.q3共受F1和F2两个力的作用,q1=q2=q3=q,相互距离r都相同,所以F1=F2=kq2r2=9.0109(210-6)20.52N=0.144 N根据平行四边形定则,合力是F=2F1cos 30=0.25 N合力的方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外.课堂检测1.AD2.B解析:由于两电荷距离太近,不能看作是点电荷,又因为同号电荷互相排斥,则它们的中心距离大于L.而异号电荷互相吸引,则它们的中心距离小于L.由此可知,异号电荷间的作用力大于同号电荷间的作用力.3.C解析:a、b带等量异号电荷,用不带电的c分别与其接触后,a的带电量为原来的12,b的带电量为原来的14,所以a、b间的静电力为原来的18.4.B解析:A、B两球的静电力F大小相等,方向相反,但带电量的大小不能确定.根据受力平衡可知m1g=Ftan,m2g=Ftan,所以m1m2.5.2Lsin mgtankmgcos6.解析:根据题给条件,可知小球A处于平衡状态,分析小球A受力情况如图所示.mg:小球A的重力、FT:丝线的张力、F库:小球B对小球A的静电力,三个力的合力为零.F库=mgtan 45=0.210-3101=210-3 N.题中小球A,B都视为点电荷,它们之间相互吸引,其作用力大小F库=kqAqBr2.由kqAqBr2=mgtan 45,则qA=2