《靜電力庫侖定律》導學案

課時1.2

靜電力

庫侖定律

1.點電荷物理學上把本身的線度比相互之間的①______小得多的帶電體叫做點電荷。視為點電荷的帶電體被看成只有電荷量沒有大小的②________。兩個被視為點電荷的帶電體之間的距離就是這兩個幾何點之間的距離。兩個帶電體能否視為點電荷,要看它們本身的線度是否比它們之間的距離③________,而不是看物體本身有多大。2.庫侖定律真空中兩個點電荷之間的相互作用力F的大小,跟它們的電荷量Q1、Q2的乘積成④______

(填“正比”或“反比”),跟它們的距離r的二次方成⑤_______

(填“正比”或“反比”);作用力的方向沿著它們的連線。同種電荷相斥,異種電荷相吸。上述結論可表示為⑥________,式中k是一個常量。這個規(guī)律叫做庫侖定律。距離幾何點小得多反比正比電荷間的相互作用力通常叫做⑦_________或⑧________。實驗表明,對于兩個以上的點電荷,其中每一個點電荷所受的總的靜電力,等于其他點電荷分別單獨存在時對該點電荷的作用力的⑨__________。這個結論通常叫做靜電力疊加原理。3.靜電力與萬有引力的比較區(qū)別:靜電力與帶電體的⑩____________及距離有關,萬有引力與物體的

_________及距離有關;靜電力可能是斥力也可能是引力,萬有引力只能是引力聯(lián)系:都與有關物理量(電荷量或質量)的乘積有關,且都與其乘積成正比,都與

_________的二次方成反比,作用力的方向都在兩個物體的連線上。庫侖力距離質量大小電荷量多少矢量和靜電力1.下列說法中正確的是(

)。A.真正的點電荷在現(xiàn)實中是存在的B.點電荷就是體積和帶電量都很小的帶電體C.只有球形的帶電體才能看成點電荷D.一個帶電體能否看成點電荷,不是看它的本身大小,而是看它的形狀和大小對所研究的問題的影響是否可以忽略不計D【解析】點電荷是理想化模型,僅看它的形狀和大小對所研究的問題有無影響。2.在絕緣光滑水平面上,相隔一定距離有兩個帶同種電荷的小球,從靜止開始同時釋放,則兩個小球的速度和加速度大小隨時間的變化的情況是(

)。A.速度變大,加速度變大

B.速度變小,加速度變小C.速度變大,加速度變小

D.速度變小,加速度變大【解析】同種電荷相互排斥,兩小球在斥力作用下做加速運動,由庫侖定律知隨兩球間距離的增大,電場力減小,加速度減小。C3.如圖所示,用兩根絕緣輕細繩懸掛兩個小球A和B,這時上、下兩根繩子中的張力分別為T1和T2;使兩球都帶上正電荷,上、下兩根繩子中的張力分別為T1'和T2',則(

)。A.T1'=T1B.T1'<T1C.T2'=T2D.T2'<T2【解析】將A、B兩球看成一個整體,無論其是否帶電,上端繩子的張力都等于兩者的總重力,所以選項A正確,B錯誤。兩球都帶上正電荷后,下段繩子要承受B的重力和A對它的斥力,所以選項C、D錯誤。A主題1:點電荷模型情景:在課本第10頁“方法點撥”中說道:“點電荷與力學中的質點類似,是在研究復雜物理問題時引入的一種理想模型。不少物理問題都與較多的因素有關,要研究其與所有因素的關系是很困難的,抓住主要因素構建物理模型,才可以簡化研究的過程?！眴栴}:這種研究問題的方法叫做理想模型法。閱讀課本第9頁“靜電力與點電荷模型”內容,思考并回答下列問題:(1)點電荷模型忽略了哪些因素?突出了哪些因素?(2)這種研究方法的特點是什么?(3)在中學物理中你還知道哪些理想化模型?解答:(1)點電荷模型忽略了帶電體的大小和形狀,突出了所帶電荷量和在空間所占位置。(2)理想模型法是物理學中經常使用的一種研究方法,這種方法的主要特點是:它把研究對象所具有的特征理想化,也就是它突出強調了研究對象某方面的特征或主要特征,而有意識地忽略研究對象其他方面的特征或次要的特征。使用這種方法的根本目的在于,使人們能集中全力掌握研究對象在某些方面表現(xiàn)出的本質特征或運動規(guī)律。(3)在初中學的光線、杠桿,在高一學的質點等都是理想化模型。知識鏈接:理想模型是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體。實際的物體都是具有多種屬性的,例如固體具有一定的形狀、體積、質量和內部結構等屬性。但是,當我們針對某種目的,從某種角度對某一物體進行研究時,有許多與研究問題沒有直接關系的屬性和作用可以忽略不計。主題2:電荷間的作用力的大小跟距離、電荷量的關系情景:課本第10頁的“實驗與探究”研究了電荷間的作用力跟距離、電荷量的關系,實際上研究上述關系還可以采用如下裝置來定性分析。如圖所示,球形帶電導體用絕緣支架固定,帶電的通草球(通草球是用一種樹木——通脫木的莖中的髓削成的,在物理學中主要作為輕小物體,在靜電小實驗中使用,如演示帶電體能吸引輕小物體等)用絕緣絲線懸掛在鐵架臺上。如果球形導體帶電量不變,帶電的通草球懸掛位置不變,而改變通草球的帶電量,懸掛通草球的絲線與豎直方向的夾角情況如圖甲所示;如果球形導體與通草球的帶電量都不變,改變通草球的懸掛位置,懸掛通草球的絲線與豎直方向的夾角情況如圖乙所示。

問題:聯(lián)系課本第10頁“實驗與探究”內容以及上述情景回答:(1)根據(jù)你觀察到的現(xiàn)象,可以得到什么結論?(2)與書上實驗對比,你感覺哪個觀察起來更直接?解答:(1)得到如下結論:兩者距離不變時,帶電荷量越大,它們之間的作用力越大;兩者帶電荷量不變時,它們之間的距離越大,作用力越小。(2)與書上實驗對比,這個實驗更直觀,因為這里只有一個小球,排除了另一個小球的干擾。知識鏈接:本實驗只是定性的研究,只能使我們直觀地認識到靜電力跟電荷量以及帶電體之間的距離有關。解答:(1)庫侖定律的適用條件是真空中靜止的點電荷,真空、靜止、點電荷這三個條件缺一不可,當帶電體不能視為點電荷時,庫侖定律則不成立。(2)在上述情境中,r→0時兩電荷不能看成點電荷,庫侖定律不再適用;r→∞時兩電荷之間的庫侖力F→0。所以選項A、C正確。知識鏈接:利用庫侖定律計算時,電荷的正、負號可以不代入公式中,庫侖力方向可單獨判斷。主題4:靜電力與萬有引力的比較情景:在課本第12頁“方法點撥”中提到:“類比是研究物理問題的一種重要方法,是根據(jù)兩類對象之間某些方面的相似性,推出它們在其他方面也可能相似的一種思維方法。庫侖定律就是科學家借助類比的方法發(fā)現(xiàn)重要規(guī)律的典型實例。”在課本第11頁也有相關敘述:庫侖定律“是法國物理學家?guī)靵鲈谇叭斯ぷ鞯幕A上,通過與牛頓萬有引力定律的類比和自己大量的實驗研究,在1785年提出來的”。問題:(1)靜電力與萬有引力有哪些相似點和不同點?(2)結合你物理學習的實際,談談你對類比的思想方法是怎樣理解的?

解答:(1)靜電力與萬有引力的區(qū)別:靜電力與帶電體的電荷量及距離有關,萬有引力與物體的質量及距離有關;靜電力可能是斥力也可能是引力,萬有引力只能是引力。兩者的聯(lián)系:都與有關物理量(電荷量或質量)的乘積有關,且都與其乘積成正比,都與距離的二次方成反比,作用力的方向都在兩個物體的連線上。(2)類比作為一種推理方法,它是通過比較不同對象或不同領域之間的某些屬性相似,從而推導出另一屬性也相似。它既不同于演繹推理從一般推導到個別,也不同于歸納推理從個別推導到一般,而是從特定的對象或領域推導到另一特定對象或領域的推理方法。類比推理是一種或然性的推理,其結論是否正確還須經過嚴格的邏輯論證或者實踐證明。例如光和聲都是直線傳播,都能反射,都有干擾現(xiàn)象等,光還可以折射,那么聲波可能也存在折射。知識鏈接:自然規(guī)律既具有多樣性,又具有統(tǒng)一性。拓展一:對點電荷的理解1.關于點電荷的說法,正確的是(

)。A.只有體積很小的帶電體,才能看做點電荷B.體積很大的帶電體一定不能看做點電荷C.點電荷一定是電荷量很小的電荷D.當兩個帶電體的大小及形狀對它們之間相互作用力的影響可忽略時,兩個帶電體才可看成點電荷【解析】帶電體是否可以看成點電荷,不在于其大小,也不在于其帶電荷量的多少,唯一的標準是其線度是否遠遠小于帶電體間的距離,或者說兩個帶電體的大小及形狀對它們之間相互作用力的影響是否可以忽略,所以只有選項D正確。D

【點撥】“點電荷”就是一個沒有大小和形狀的幾何點,而電荷又全部集中在這幾何點上。事實上,任何帶電體都有其大小和形狀,真正的點電荷是不存在的,它像力學中的“質點”概念一樣,純屬一個理想化模型。不過,當我們在研究帶電體間的相互作用時,如果帶電體本身的幾何線度比起它們之間的距離小得很多,帶電體的形狀、大小和電荷分布對帶電體之間的相互作用的影響就可以忽略不計,在此情況下,我們就可以把帶電體抽象成點電荷模型。D

拓展三:對稱法與庫侖定律

3.如圖甲所示,一個半徑為R的圓環(huán)均勻帶電,ab是一個極小的缺口,缺口長為L(L?R),圓環(huán)帶正電荷,電荷量為QL,在圓心處放置一個帶電荷量為q的負電荷,試求負電荷受到的庫侖力。【解析】首先討論一個封閉圓環(huán)的情形。如圖乙所示,在圓環(huán)上任意取兩個對稱的點(很小的一段圓弧)P、Q,P點對圓心處的負電荷的引力為FP,Q點對圓心處的負電荷的引力為FQ,由庫侖定律可知,這兩個力一定大小相等,且方向相反,合力為零。同理可知,在圓上任何一點都有與之對稱的點,它們對圓心處的負電荷的合力均為零。而圓環(huán)正是由無數(shù)對這樣的點組成。不難確定,圓環(huán)中心處的點電荷受力為零?！军c撥】由此題我們可以得出三自由點電荷共線平衡問題有如下特點:①三自由點電荷電性必為“兩同一異”。若三者均帶同種電荷,無論怎么放,外側點電荷都不可能平衡;②異種電荷必放中間。若異種電荷B放外側,它本身不可能平衡;③放在內側的異種電荷B電量最小。因為若QB>QC,則FBA>FCA,A不能平衡;若QB>QA,則FBC>FAC,C不能平衡。即共線平衡的三個自由電荷,電性是“兩同夾一異”,電量是“兩大夾一小”—指中間電荷電量最小,中間電荷“遠大要靠小”—指中間電荷靠近電量較小的電荷。靜電現(xiàn)象及其微觀解釋Thankyou!C5.如圖甲所示,在一條直線上有兩個相距0.4m的點電荷A、B,A帶電量+Q,B帶電量-9Q,現(xiàn)引入第三個點電荷C,恰好使三個點電荷處于平衡狀態(tài),問:

(1)C應帶什么性質的電荷?(2)應放于何處?(3)所帶電荷量為多少?甲乙5.如圖甲所示,在一條直線上有兩個相距0.4m的點電荷A、B,A帶電量+Q,B帶電量-9Q,現(xiàn)引入第三個點電荷C,恰好使三個點電荷處于平衡狀態(tài),問:

(1)C應帶什么性質的電荷?(2)應放于何處?(3)所帶電荷量為多少?甲乙三點共線兩同夾異兩大夾小近小遠大

6.如圖甲所示,把質量為2.0×10-3kg的帶負電小球A用絕緣細繩懸起,若將帶電荷量Q=4.0×10-6C的小球B靠近A,當兩個帶電小球在同一高度相距30cm時,繩與豎直方向的角度α=45°,取g=10m/s2,試問:

甲(1)B球受到的庫侖力多大?(2)A球帶電荷量是多少?乙1.下列帶電物體可視為點電荷的是(

)。A.小的帶電體在任何情況下都可視為點電荷B.均勻帶電的絕緣球體在計算與它外部電荷間的庫侖力時可視為點電荷C.帶電的細桿任何條件下均不可視為點電荷D.帶電的金屬球一定不能視為點電荷【解析】一個物體能否看作點電荷,是相對于具體問題而言的,不能單憑其大小和形狀確定,所以A、C、D錯;均勻帶電球體在計算與它外面的電荷的庫侖力時可視為點電荷,認為電荷集中在球心,故B對。BA

3.兩個完全相同的小金屬球,它們所帶電荷量之比為5∶1,它們在相距一定距離(帶電