2017-2018學(xué)年高中物理第一章靜電場(chǎng)第2節(jié)庫(kù)侖定律教學(xué)案

第2節(jié)庫(kù)侖定律庫(kù)合定律庫(kù)合定律頊習(xí)導(dǎo)引區(qū)頊習(xí)導(dǎo)引區(qū)匚學(xué)習(xí)目標(biāo)J?.知道點(diǎn)電荷的徙念.由會(huì)科學(xué)研究中的理想模型方法”了解隼趙投祥去世工掌揖庠心定律的內(nèi)容.公式及適用條弁-加潢部電力常量,并會(huì)求點(diǎn)電荷間的作用力.L-通過(guò)時(shí)也能電力和萬(wàn)本引力，惇含百揩枇律的歲辭件和就一畦一、探究影響電荷間相互作用力的因素 ①.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（1）小球帶電量一定時(shí)，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度越小。（2）小球處于同一位置時(shí)，小球所帶的電荷量越大，絲線偏離豎直方向的角度越大。.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大，隨著距離的增大而減小?！?猜想：帶電體之間的作用力與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的二次方成反比。①［選一選］［多選］兩個(gè)帶有同種電荷的小球AB,放在光滑絕緣水平面上，其中小球A固定，小球B只在庫(kù)侖力作用下由靜止開(kāi)始沿水平面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小球B的加速度a和速度v的變化是（）a一直在增大a一直在減小v一直在增大v一■直在減小解析：選BCB在A的靜電斥力的作用下，向遠(yuǎn)離A的方向做加速運(yùn)動(dòng)，AB間隔越來(lái)越大，由牛頓第二定律得卜等=伽2,「逐漸變大，則a逐漸減小，但B的速度一直在變大，BC正確。二、點(diǎn)電荷 ②.概念：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,以至帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對(duì)它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn)。.注意：一個(gè)帶電體能否看做點(diǎn)電荷，是相對(duì)于具體問(wèn)題而言的，不能單憑其大小和形狀確定。②［判一判］.點(diǎn)電荷是一個(gè)帶有電荷的幾何點(diǎn)，它是實(shí)際帶電體的抽象，是一種理想化模型 （V）.球形帶電體一定可以看做點(diǎn)電荷（X）.很大的帶電體也有可能看做點(diǎn)電荷（V）三、庫(kù)侖定律 ③.內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，—

與它們的距離的二次方成反比， 作用力的方向在它們的連線上。 電荷間的這種相互作用力叫靜電力或庫(kù)侖力。.表達(dá)式：F=kqq2,其中k=9.0X109Nl-m2/C2,叫做靜電力常量。.適用條件：真空，點(diǎn)電荷。.方向：沿連線方向,且同種電荷相斥，異種電荷相吸。［說(shuō)明］(1)有人根據(jù)F=kqrq2推出當(dāng)「一0時(shí)，F(xiàn)-8,從數(shù)學(xué)角度分析似乎正確，但從物理意義上分析，這種看法是錯(cuò)誤的，因?yàn)楫?dāng)「一0時(shí)，兩帶電體已不能看成點(diǎn)電荷，庫(kù)侖定律及其公式也就不再適用，不能成立了。只有采用國(guó)際單位時(shí)，k的值才是只有采用國(guó)際單位時(shí)，k的值才是9.0X109NI-m2/C2。(3)各物理量要統(tǒng)一用國(guó)際單位，③［選一選］關(guān)于庫(kù)侖定律，下列說(shuō)法正確的是A.庫(kù)侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的球體.根據(jù)F=kQQ2,當(dāng)兩點(diǎn)電荷間的距離趨近于零時(shí)，庫(kù)侖力將趨向無(wú)窮大C.若點(diǎn)電荷Q的電荷量大于Q的電荷量，則Q對(duì)Q的庫(kù)侖力大于Q2對(duì)Q的庫(kù)侖力D.庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式相似，都與 r是平方反比關(guān)系解析：選D帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看體積的大與小，而是看體積對(duì)所研究的問(wèn)題有沒(méi)有影響，A錯(cuò)；在F=kQQ4,若「一0時(shí)，帶電體就不能看作點(diǎn)電荷， 此公式不適用，B錯(cuò)；庫(kù)侖力具有力的共性，同樣遵守牛頓第三定律，故C錯(cuò)；從尸庫(kù)=總和F萬(wàn)=翠看,都與r是平方反比關(guān)系，D正確。四、庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)靜電力的疊加 ④.庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)(1)裝置庫(kù)侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置為庫(kù)侖扭秤，如圖所示,細(xì)銀絲的下端懸掛一 廣吊根絕緣棒，棒的一端是一個(gè)帶電的金屬小球 A,另一端有一不帶電的球B,B與A所受的重力平衡，當(dāng)把另一個(gè)帶電的金屬球 C插入容器并把它靠近A時(shí)，A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論①力F與距離r的二次方成反比。②力F與電荷量qi和q2的垂(?:積成正比。靜電力疊加兩個(gè)或兩個(gè)以上點(diǎn)電荷對(duì)某一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)電荷的靜電力的矢量和。@［選一選］如圖所示，三個(gè)完全相同的金屬小球 a、b、c位于等邊三角形的三 ”一 訶個(gè)頂點(diǎn)上。a和c帶正電，b帶負(fù)電，a所帶電荷量的大小比b的小。已工」知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的一條來(lái)表示， 內(nèi)、'、它應(yīng)是()A.Fi B.EC.F3 D.Fi解析：選B由題意知c受a的斥力F斥，受b的吸引力F引，若尸斥=尸引，則兩力的合

力水平向右，由于F引〉F斥，則c球受電場(chǎng)力的合力應(yīng)為F2,B正確。L點(diǎn)電分的理群反應(yīng)用2.庫(kù)存迪律的左AL管電力的注定方法御率由定律的應(yīng)用碟堂互動(dòng)區(qū)知識(shí)點(diǎn)一對(duì)點(diǎn)電荷的理解及應(yīng)用工耳心力/史上碟堂互動(dòng)區(qū)知識(shí)點(diǎn)一對(duì)點(diǎn)電荷的理解及應(yīng)用電荷說(shuō)明點(diǎn)電荷代表帶電慘的一定電荷量的點(diǎn),是可以忽略帶電體大小和形狀的理想化模型.對(duì)帶電體的體積或電荷量沒(méi)71固定要求.其運(yùn)動(dòng)學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)類(lèi)似元電荷元電荷并不是真正的阻荷,沒(méi)有正負(fù)之分,是?個(gè)電荷:?個(gè)質(zhì)廣或電子所帶的電荷俄均為元電荷聯(lián)系點(diǎn)電荷的電荷量一定是元電荷的整數(shù)倍題］A.體積大的帶電體一定不是點(diǎn)電荷［典型例例1.下關(guān)于點(diǎn)電荷的法中正確的是（）B.當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小、形狀對(duì)它們間相互作用力的影響可忽略時(shí)，這兩個(gè)帶電體可看做點(diǎn)電荷C.點(diǎn)電荷就是體積足夠小的電荷D.點(diǎn)電荷是電荷量和體積都很小的帶電體［解析］帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不能以體積大小、電荷量多少來(lái)判斷。一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，要依具體情況而定，只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)，當(dāng)帶電體的形狀、 大小等因素的影響可以忽略時(shí)，帶電體均可視為點(diǎn)電荷， B正確。［答案］B［點(diǎn)評(píng)］判斷一個(gè)帶電體能否被看作點(diǎn)電荷時(shí)，要從以下兩個(gè)方面考慮： （1）帶電體間的距離是否比它們自身的大小大得多。 （2）帶電體的大小、形狀及電荷分布對(duì)相互作用力的影響是否可忽略不計(jì)。［即時(shí)鞏固］.［多選］關(guān)于點(diǎn)電荷，以下說(shuō)法正確的是（）A.足夠小的電荷就是點(diǎn)電荷B.一個(gè)電子不論在何種情況下均可視為點(diǎn)電荷C.在實(shí)際中點(diǎn)電荷并不存在D.一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看它尺寸的大小，而是看它的形狀和尺寸對(duì)相互作用力的影響能否忽略不計(jì)解析：選CD點(diǎn)電荷是一種理想模型，一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷不是看其大小，而是應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，是看它的形狀和尺寸對(duì)相互作用力的影響能否忽略不計(jì)。 因此大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷和小的帶電體一定能看成點(diǎn)電荷的說(shuō)法都是錯(cuò)誤的， A、B錯(cuò)誤,CD正確。知識(shí)點(diǎn)二庫(kù)侖定律的應(yīng)用

知識(shí)點(diǎn)二庫(kù)侖定律的應(yīng)用1.靜電力的確定方法(1)大小計(jì)算：利用庫(kù)侖定律計(jì)算靜電力大小時(shí)， 不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式，只代入qi、q2的絕對(duì)值即可。方向判斷：利用同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引來(lái)判斷。1.靜電力的確定方法(1)大小計(jì)算：利用庫(kù)侖定律計(jì)算靜電力大小時(shí)， 不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式，只代入qi、q2的絕對(duì)值即可。方向判斷：利用同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引來(lái)判斷。2.庫(kù)侖定律的兩個(gè)應(yīng)用(1)計(jì)算兩個(gè)可視為點(diǎn)電荷的帶電體間的庫(kù)侖力。(2)分析兩個(gè)帶電球體間的庫(kù)侖力。①兩個(gè)規(guī)則的均勻帶電球體，相距比較遠(yuǎn)時(shí)， 可以看成點(diǎn)電荷，庫(kù)侖定律也適用， 二者間的距離就是球心間的距離。②兩個(gè)規(guī)則的帶電金屬球體相距比較近時(shí)， 不能被看成點(diǎn)電荷，此時(shí)兩帶電球體之間的作用距離會(huì)隨電荷的分布發(fā)生改變。 如圖甲，若帶同種電荷，由于排斥而作用距離變大，此時(shí)F<k曄；如圖乙，若帶異種電荷，由于吸引而作用距離變小，此時(shí) F>kqq2。r r例2.三個(gè)相同的金屬小球1、［典型例題］2、3分別置于絕緣支架上，各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑。球1的帶電量為q,球2的帶電量為nq,球3不帶電且離球1、2之間作用力的大小為F。現(xiàn)使球3先與球2接觸，再與球1接觸,此時(shí)球1、2之間作用力的大小仍為F,方向不變。由此可知()A.n=3B.n=4C.n=5D,n=6［解析］設(shè)球1、21和球2很遠(yuǎn)，此時(shí)球然后將球3移至遠(yuǎn)處，2間的距離為R則- 2nn+2qk 8R［答案］［點(diǎn)評(píng)］。聯(lián)立兩式解得n=6,D正確。D計(jì)算庫(kù)侖力的基本環(huán)節(jié)⑴(2)明確研究對(duì)象qi、q2,特別是電性和電荷量的關(guān)系。明確qi、q2之間的距離r⑴(2)(3)根據(jù)庫(kù)侖定律F=k譬列方程。(4)根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸確定力的方向。例3.(北京高考)某原子電離后其核外只有一個(gè)電子，若該電子在核的靜電力作用下繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么電子運(yùn)動(dòng) ()A.半徑越大，加速度越大0?0?B.半徑越小，周期越大C.半徑越大，角速度越小D.半徑越小，線速度越小,. 一一一，一， - qiq2［解析］電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由靜電力提供，由牛頓第二定律得 kqr^2L=m<a則a=Q?,半徑越大，加速度越小， A錯(cuò)誤；由=mr ?得T=、I,半徑越mr rT kqqkqiq2 2 kqiq2小，周期越小，B錯(cuò)誤；由晉=mr,得3=\/需，半徑越大，角速度越小，C正確;由等=m_得丫=、Jkmq2,半徑越小，線速度越大， d錯(cuò)誤。［答案］C［點(diǎn)評(píng)］庫(kù)侖力是根據(jù)性質(zhì)命名的力，是一種性質(zhì)力，具有力的一切性質(zhì)，它與重力、彈力、摩擦力一樣，可以與其他力合成、分解，可以與其他力平衡，可以產(chǎn)生加速度，兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力是一對(duì)作用力和反作用力，遵從牛頓第三定律。［即時(shí)鞏固］.［多選］如圖所示，半徑相同的兩個(gè)金屬小球AB,其電荷量大小分別為2q、q,相隔一定距離，兩球之間相互作用力為F。現(xiàn)讓兩球相碰后再放回原處，此時(shí)A、B兩球之間的相互作用力大小可能為（）A.1FB.1FC.9FD.9F8 4 8 42.一. 2q.qq 2-2q^r9一42k9 ^F;右兩球市異種電何，則相2-2q^r9一42k9 ^F;右兩球市異種電何，則相8 3所帶電荷量均為2q,它們之間的庫(kù)侖力 F'F=▼=1=$F,A、F=▼=1=$F,A、C正8碰后所帶電荷量大小均為2vq=］q,它們之間的庫(kù)侖力為確。.使兩個(gè)帶正電的小球相距一定距離，放在光滑的水平絕緣板上，若同時(shí)釋放兩球，則它們的加速度之比將（）A.不斷增大B.先增大后減小C.始終保持不變D.不斷減小解析：選C兩球間的庫(kù)侖力符合牛頓第三定律， 由牛頓第二定律可知加速度之比只取知識(shí)點(diǎn)三決于兩球的質(zhì)量大小關(guān)系， C正確。知識(shí)點(diǎn)三犀侖力的疊加.真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只跟兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量及間距有關(guān)， 跟它們的周?chē)欠翊嬖谄渌姾蔁o(wú)關(guān)。.對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上的點(diǎn)電荷，其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的庫(kù)侖力，等于其余所有點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)它作用產(chǎn)生的庫(kù)侖力的矢量和。.電荷間的單獨(dú)作用符合庫(kù)侖定律，求各庫(kù)侖力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則。［典型例題］例4.在光滑絕緣的水平地面上放置著四個(gè)相同的金屬小球， 小球 ▲

A、B、C位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，小球 D位于三角形的中心，如圖所示。現(xiàn)讓小球BC帶等量的正電荷讓小球D帶負(fù)電荷q,使四個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則 Q與BC帶等量的正電荷值為()，33，33A.不3?.'13［解析］設(shè)三角形邊長(zhǎng)為［解析］設(shè)三角形邊長(zhǎng)為L(zhǎng),故ABAC距離為L(zhǎng),AD距離為小。以小球A為研究對(duì)q2象，由庫(kù)侖定律知， RC對(duì)A球的庫(kù)侖力大小均為F=kL2,兩力白^合力F合=2Fcos30°q2，3卜mq2，3卜m。千AD間的庫(kù)侖力F'q2根據(jù)平衡知識(shí)得：F合=尸’，即43k￡所以Q=曬,Q與q的比值為、/3,D正確。=ma—,工10q-qCF=3ma；^A球，k__2L~2=ma—,工10q-qCF=3ma；^A球，k__2L~210q?q對(duì)B球，kL2 +- 70kq12答案：(1)一VABCC. 。2q?qC 40 70kqk-L2-=ma解得qC=yq,F=_L^(2)C球帶負(fù)電，qc=T^q3■I津營(yíng)N蜂，讓學(xué)生建熱打踐靖牝沖手,吃林山度支解準(zhǔn)4課下壕保下顯時(shí)檢君r提速,提能.辯謀一睛側(cè)、壽步即首步步甌訓(xùn)練提能區(qū)［答案］D［即時(shí)鞏固］ARC,ARC,三個(gè)小球的質(zhì)量均為mA與RB與C相距均為L(zhǎng)(L比球半徑r大得多)。若小球均帶電，且qA=+10q,qB=+q,為保證三球間距離不發(fā)生變化，將一水平恒力 F作用于C球，使三者一起向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求：、隨堂固基礎(chǔ).有半徑均為r的兩個(gè)金屬球，彼此距離為L(zhǎng),其中L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于球的半徑r,它們都帶正電荷，電荷量分別為 Q、Q,則它們之間的

靜電力為（）kQQA-——L+2rB.靜電力為（）kQQA-——L+2rB.kQQL+2rC.kQQl~C~D.kQQ解析：選B將兩個(gè)金屬球看做點(diǎn)電荷,其間距為L(zhǎng)+2r,根據(jù)庫(kù)侖定律:kQQF=_L+2r2,B項(xiàng)正確。.［多選］庫(kù)侖定律的適用范圍是（）A.真空中兩個(gè)帶電球體間的相互作用.真空中任意帶電體間的相互作用C.真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用D.真空中兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離，則可應(yīng)用庫(kù)侖定律解析：選CD庫(kù)侖定律適用范圍：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用， C、D正確。3.下列說(shuō)法正確的是（）A.點(diǎn)電荷就是體積很小的帶電體B.點(diǎn)電荷就是體積和帶電荷量都很小的帶電體C.根據(jù)F=kqq2可知，當(dāng)「一8時(shí)，庫(kù)侖定律的公式就不適用了D.靜電力常量的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)得出的解析：選D不論電荷體積的大小，只要電荷的體積對(duì)所研究問(wèn)題的影響可以忽略，則該帶電體就可以看成點(diǎn)電荷， AB錯(cuò)誤；當(dāng)「一8時(shí)，它們間的靜電力F-0,庫(kù)侖定律仍然適用，C錯(cuò)誤；靜電力常量的數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)得出的， D正確。.AB兩個(gè)點(diǎn)電荷帶電荷量及距離恒定，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)點(diǎn)電荷 C移近AB時(shí)，AB間的庫(kù)侖力將（）A.變大B.變小C.不變D.都有可能