山东科技版物理选修31静电场 静电力 库仑定律学案

1、年 级高二学 科物理版 本鲁教版内容标题第2节 静电力 库仑定律【本讲教育信息】一. 教学内容：第2节 静电力 库仑定律二. 知识要点： 1. 静电力和点电荷（1）两带电体之间存在着静电力。（2）点电荷：本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体，与质点类似，这是一种理想模型。 2. 库仑定律（1）内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相斥，异种电荷相吸。（2）公式：库仑力（静电力）的大小：，其中。方向：在两点电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。定律的适用范围：真空中的点电荷。

2、 3. 静电力叠加原理对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。 4. 静电力与万有引力的比较它们分别遵从库仑定律与万有引力定律。（1）相同点：两种力都是平方反比定律。两种力都有与作用力有关的物理量（电荷量或质量）的乘积，且都与乘积成正比。两种力的方向都在两物体的连线上。（2）不同点：描述了两种作用，一种是由于物体带电引起的作用，另一种是由于物体具有质量引起的作用。与力的大小相关的物理量不全相同：一是电荷量，另一是质量。静电力可以是引力，也可以是斥力，而万有引力只能是引力。常量不相同：，。对库仑定律的理解及应用： 1. 应怎

3、样理解“点电荷”点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，这样的处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，因此物理学上经常用到此方法。一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定。例如，一个半径10cm的带电圆盘，如果考虑它和10m处某个电子的作用力，就完全可以把它看做点电荷；而如果这个电子离圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面。 2. 应用

4、库仑定律解题应注意的问题（1）在理解库仑定律时，有人根据公式设想当r0时可得出的结论。从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的。错误的原因是：当r0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r=0的情况。也就是r0时，不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力。（2）将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行。即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中，从而算出力的大小；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别。（3）要统一国际单位，与统一。（4）如果

5、一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力。【典型例题】 例1. 关于点电荷的下列说法中正确的是（ ）A. 点电荷就是体积足够小的电荷B. 点电荷是电荷量和体积都很小的带电体C. 体积大的带电体一定不是点电荷D. 当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷解析：带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、带电荷量多少而论。一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷，故D正确。答案：D 例2. 有三个完全一样的金属小球A、B、C，A带电荷量为7Q，

6、B带电荷量为Q，C球不带电，将A、B两球固定，然后让C球先跟A球接触，再跟B球接触，最后移去C球，则A、B球间的作用力变为原来的多少倍？解析：由库仑定律知，开始时A、B两球间的作用力：当A、C两球接触时，两球均带电当B、C两球接触时，两球均带电故后来A、B两球间作用力由两式知答案：倍 例3. 两个半径为r的相同金属球带上异种电荷，已知，两球心相距10r，其相互作用力为F1，现将两球接触后分开，再放回原处，这时两球间的相互作用力为F2，则（ ）A. B. C. D. 解析：根据题意，两球接触后分开，两球各带q2的同种电荷。根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的性质，当两球带异种电荷时，两球表面

7、所带电荷的“等效中心”位置之间的距离必定小于10r；当两球带同种电荷时，两球表面所带电荷的“等效中心”位置之间的距离必定大于10r，如果能够近似地运用库仑定律来讨论，则F2必定小于，故D为正确答案。答案：D 例4. 两个质量分别是m1、m2的小球，各用长为L的丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度，两小球处于平衡状态，且在同一条水平线上，如图所示，则下列说法正确的是（ ）A. B. C. D. 思维分析：这是一道带电体平衡问题，分析方法仍然与力学中物体的平衡方法一样。答案：BC 例5. 有两个带电轻质小球，电荷量分别为Q和9Q，在真空中相距0.

8、4m。如果引进第3个带电小球，正好使三个小球都处于平衡状态。求第3个小球带电性质如何？应放在什么位置？电荷量是Q的多少倍？解析：引入的第3个小球必须带负电，并放在这两个小球的连线上且离Q较近处。设第3个小球带电荷量为q，放在距Q的距离为x处，如图所示，由平衡条件和库仑定律有：解得x=0.1m以Q为研究对象，由平衡条件有：得即第三个小球带负电，电荷量为Q的倍。答案：带负电，放在两小球的连线上，距Q 0.1m处，倍。 例6. （上海高考题）如图所示，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力的大小为多少？方向如何？（已知静电力常量k）解析：如图所示，由于球壳上带电均匀，原来每条直径两端相等的一小块圆面上的电荷对球心q的力互相平衡。现在球壳上A处挖去半径为r