第1章第2節(jié)靜電力庫侖定律—2020-2021魯科版高中物理選修3-1講義設(shè)計

1、第2節(jié)靜電力庫侖定律學(xué)習(xí)目標(biāo)i.知道點(diǎn)電荷的概念及帶電體可簡化為點(diǎn)電荷模型的條件。(科學(xué)方法)2.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式、適用條件 ，會用其求解點(diǎn)電荷間的作用 力。(科學(xué)思維)3.知道靜電力常量，了解庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)。(物理觀念)慌訴由上學(xué)可自主預(yù)習(xí) 探新知而習(xí)步人梅如.知識梳理廠一、靜電力與點(diǎn)電荷模型1 .靜電力(1)定義：電荷間的相互作用力、也叫庫侖力。(2)影響靜電力大小的因素：兩帶電體的形狀、大小、電荷量、電荷分布、 兩者間的距離等。2 .點(diǎn)電荷3 1)定義：物理學(xué)上把本身的線度比相互之間的距離小得多的帶電體叫作點(diǎn) 電荷。4 2)特點(diǎn)：只有電荷量、沒有大小的幾何點(diǎn)。二、庫侖定律1 .內(nèi)容

2、：直空中兩個點(diǎn)電荷之間的相互作用力 F的大小，與它們的電荷量 Qi、Q2的乘積成正比，與它們的距離r的二次方成反比;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。2 .表達(dá)式：F = kQQ2,其中k為靜電力常量。如果各物理量都采用國際單 位制，WJ k= 9.0X109 N - m2/C2。3 .庫侖定律的適用條件：真空中的點(diǎn)電荷。4 .靜電力的疊加原理：對于兩個以上的點(diǎn)電荷，其中每一個點(diǎn)電荷所受的 總的靜電力，等于其他點(diǎn)電荷分別單獨(dú)存在時對該點(diǎn)電荷的作用力的矢量也三、靜電力與萬有引力的比較比較項(xiàng)目力有引力定律F = Gmp-人+Q1Q2庫侖定律F = krr不描述對象兩質(zhì)點(diǎn)間的

3、力兩點(diǎn)電荷間的力同力的性質(zhì)只砧1力引力或斥力占八、產(chǎn)生原因物體有質(zhì)量物體帶電相公式的形式都與跑離的二次方成反比，與質(zhì)量或電荷量的乘積成正比同力的方向力的方向均在相互作用物體的連線上點(diǎn)基礎(chǔ)自冽1 .思考判斷（正確的打錯誤的打“X” ）（1）體積很小的帶電體都能看成點(diǎn)電荷。（X ）提示帶電體能否看成點(diǎn)電荷不是依據(jù)帶電體的大小和帶電荷量的多少，而是看帶電體對研究問題的影響能否忽略不計。（2）點(diǎn)電荷是一種理想化模型。（，）（3）庫侖力的大小與電性沒有關(guān)系。（，）（4）相互作用的兩個點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相等，它們之間的庫侖 力大小一定相等。（，）（5）兩個帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律計

4、算庫侖力的大小。（X）提示兩帶電球相距較近時，電荷的分布會受到影響，故不能應(yīng)用庫侖定 律計算。2 .（多選）關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說法正確的是（）A.帶電荷量少的電荷就是點(diǎn)電荷B . 一個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. 一個帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看它尺寸的絕對值，而是看它的形狀 和尺寸對相互作用力的影響能否忽略不計CD 一個帶電體能否看成點(diǎn)電荷不是看其大小，而是看它的形狀、大小及 電荷分布狀況對相互作用力的影響能否忽略不計，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)電荷的說法都是錯誤的，所以選項(xiàng)A、B錯 誤，C、D正確。3 .對于庫侖定律，下列說

5、法中正確的是（）a.凡計算兩個點(diǎn)電荷間的作用力，就可以使用公式F=kQrQ28 .兩個帶電小球即使距離非常近，也能用庫侖定律C.相互作用的兩個點(diǎn)電荷，不論它們的電荷量是否相同，它們之間的庫侖 力大小一定相等D.兩個點(diǎn)電荷的電荷量各減為原來的一半，它們之間的距離保持不變，則 它們之間的庫侖力減為原來的一半C 庫侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷之間的靜電力的計算，由此可判斷選項(xiàng)A、B均錯誤。兩點(diǎn)電荷間的庫侖力符合牛頓第三定律 ，選項(xiàng)C正確。根據(jù)1 、，一庫侖定律，兩點(diǎn)電荷的電荷量各減為原來的一半時，庫侖力減為原來的彳，選項(xiàng)D錯誤。艇批號里庭合作探究6攻重難*M A fl;也對點(diǎn)電荷的理解1 .點(diǎn)電荷是理

6、想化模型只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化的模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí) 際中并不存在。2 .帶電體看成點(diǎn)電荷的條件如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至于帶電體的形狀和大 小對相互作用力的影響很小，就可以忽略形狀、大小等次要因素，只保留對問 題有關(guān)鍵作用的電荷量，帶電體就能看成點(diǎn)電荷。3 .元電荷與點(diǎn)電荷(1)元電荷是一個電子或一個質(zhì)子所帶電荷量的絕對值，是電荷量的最小單 位。(2)點(diǎn)電荷只是不考慮帶電體的大小和形狀，是帶電個體，具帶電荷量可以 很大也可以很小，但它一定是一個元電荷電荷量的整數(shù)倍?！纠?1 (多選)下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是()A.無論兩個帶電體多大，只要它們之間的

7、距離遠(yuǎn)大于它們的大小，這兩個帶電體就可以看作是點(diǎn)電荷B. 一個帶電體只要它的體積很小，則在任何情況下，都可以看作點(diǎn)電荷C. 一個體積很大的帶電體，在任何情況下，都不能看作點(diǎn)電荷D.兩個帶電的金屬小球，不一定能將它們作為電荷集中在球心的點(diǎn)電荷處理AD 無論兩帶電體自身大小怎樣，當(dāng)兩帶電體之間的距離遠(yuǎn)大于它們的大 小時，帶電體本身的大小對于所研究的問題影響很小 ，可把帶電體看作點(diǎn)電荷， 選項(xiàng)A正確，而選項(xiàng)C錯誤；盡管帶電體很小，但兩帶電體相距很近，以至于 本身的大小和形狀對問題的影響不能忽略，兩帶電體不能被看作點(diǎn)電荷，選項(xiàng)B 錯誤；兩個帶電金屬小球，若離得很近，兩球所帶的電荷在靜電力作用下會分 布

8、不均，電荷的分布影響到靜電力的大小，若帶同種電荷，相互排斥，等效的 點(diǎn)電荷間距大于球心距離；若帶異種電荷，相互吸引，等效的點(diǎn)電荷間距小于球心距離，因此，選項(xiàng)D正確。跟進(jìn)訓(xùn)練1. 2018年10月25日6時57分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射“海 洋二號B”衛(wèi)星，衛(wèi)星升空過程中由于與大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電，如果這些靜電沒有被及時導(dǎo)走，下列情況中升空后的“海洋二號 B”能被視為點(diǎn)電荷的是 （）A.研究“海洋二號B”衛(wèi)星與距其1 m處的一個帶電微粒之間的靜電力B.研究“海洋二號B”衛(wèi)星與地球（帶負(fù)電）之間的靜電力C.任何情況下都可視為點(diǎn)電荷D.任何情況下都不可視為點(diǎn)電荷B 由帶電體可看作點(diǎn)電荷的

9、條件，研究“海洋二號B”衛(wèi)星與距其1 m處 的一個帶電微粒之間的靜電力時，“海洋二號B”衛(wèi)星的大小不能忽略不計，不 能視為點(diǎn)電荷，故A錯誤；研究“海洋二號B”衛(wèi)星與地球（帶負(fù)電）之間的靜電 力，“海洋二號B”衛(wèi)星的大小可以忽略不計，能視為點(diǎn)電荷，B正確；結(jié)合A、 B選項(xiàng)可知，帶電體能否看作點(diǎn)電荷，由所研究問題的性質(zhì)決定，與帶電體自身 大小及形狀無關(guān)，故C、D錯誤。述點(diǎn)2 /庫侖定律的理解及應(yīng)用1 .庫侖定律的適用條件：（1）真空。（2）點(diǎn)電荷。這兩個條件都是理想化的，在空氣中庫侖定律也近似成立。2 .兩個點(diǎn)電荷間的庫侖力(1)真空中兩個靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只與兩個電荷的電荷量及問 距有

10、關(guān)，與它們的周圍是否存在其他電荷無關(guān)。(2)兩個電荷之間的庫侖力同樣遵守牛頓第三定律，與兩個電荷的性質(zhì)、帶 電多少均無關(guān)，即作用力與反作用力總是等大、反向。3 .多個點(diǎn)電荷的庫侖力如果一個點(diǎn)電荷同時受到另外兩個或多個點(diǎn)電荷的作用力，總的庫侖力等 于其他點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時對該點(diǎn)電荷作用力的矢量和。4 .兩個帶電球體間的庫侖力(1)兩個規(guī)則的均勻帶電球體，相距比較遠(yuǎn)時，可以看成點(diǎn)電荷，也適用庫 侖定律，球心間的距離就是二者的距離。(2)兩個規(guī)則的帶電金屬球體相距比較近時，不能被看成點(diǎn)電荷，此時兩帶 電球體之間的作用距離會隨電荷的分布發(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 F&

11、lt;kqiq2;如圖乙，若帶異種電荷，由于吸引而 作用距離變小，此時F>kq學(xué)。r甲乙【例2】 如圖A、B、C三點(diǎn)在同一直線上，AB : BC = 1 : 2, B點(diǎn)位于A、 C之間，在B處固定一電荷量為Q的點(diǎn)電荷。當(dāng)在A處放一電荷量為+ q的點(diǎn) 電荷時，它所受到的電場力為 F;移去A處電荷，在C處放一電荷量為一2q的 點(diǎn)電荷，其所受電場力為()A. -|B. 2 C. -F D. F思路點(diǎn)撥：解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：電場力與電荷電量大小的關(guān)系。電場力與點(diǎn)電荷間距的關(guān)系。電場力的方向規(guī)定。B 在A處放一電荷量為+ q的點(diǎn)電荷時，Q所受電場力大小為f-鬻在C處放一電荷量為一2q的點(diǎn)電荷時

12、，Q所受電場力大小為F'=嵯芳=bc2kQq 2 = kQg=F。且不管電荷Q是正還是負(fù)，兩種情況下，Q受力方向相同，(2ab)2rAB2故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯誤。求解庫侖力的基本步驟(1)明確研究對象Qi、Q2,特別是電性和電荷量的關(guān)系。(2)明確Qi、Q2之間的距離r。 QiQ2(3)根據(jù)庫侖定律F = kQ列萬程。根據(jù)同種電荷相斥，異種電荷相吸確定庫侖力的方向。一整多變上例中若B處Q帶正電，且A、C兩處的電荷同時存在,求B處電荷受到的庫侖力大小?解析B處電荷受A處電荷作用力大小F1=kQBq=F，方向由B指向C,B處電荷受C處電荷作用力大小F2=kQCq=E,方向由B指向Co

13、故B處電荷所受合力F合=51 + 52=與，方向由B指向Co答案3F跟進(jìn)訓(xùn)練訓(xùn)練角度1：庫侖定律公式的應(yīng)用2.(多選)要使真空中的兩個點(diǎn)電荷間的庫侖力增大到原來的 4倍，下列方法中可行的是()A .每個點(diǎn)電荷的電荷量都增大到原來的 4倍，點(diǎn)電荷間的距離變?yōu)樵瓉淼腂.保持點(diǎn)電荷的電荷量不變，使兩個點(diǎn)電荷間的距離增大到原來的2倍C.使一個點(diǎn)電荷的電荷量加倍，另一個點(diǎn)電荷的電荷量保持不變，同時將1兩個點(diǎn)電荷間的距離減小為原來的21D.保持點(diǎn)電荷的電荷量不變，將兩個點(diǎn)電荷間的距離減小到原來的2AD 庫侖力公式F=kQQ2,每個點(diǎn)電荷的電荷量都增大到原來的 4倍，4Q1 4Q2點(diǎn)電荷間的距離變?yōu)樵瓉淼?

14、倍，則庫侖力為Fi=k4Q2 JQ =4F, A項(xiàng)正確; 保持點(diǎn)電荷的電荷量不變，使兩個點(diǎn)電荷間的距離增大到原來的 2倍，則庫侖,Q1Q21 . .力為F2=k （QTp =1F，B項(xiàng)錯誤；使一個點(diǎn)電荷的電荷量加倍，另一個點(diǎn)電1荷的電荷量保持不變，同時將兩個點(diǎn)電荷間的距離減小為原來的，則庫侖力為2Q1 - Q2- ，一，一一、，一人，一、，F(xiàn)3=k r-2 =8F, C項(xiàng)錯塊；保持點(diǎn)電何的電何重不變 ,將兩個點(diǎn)電何問的21 Q1Q2距離減小到原來的2,庫侖力為F4=kQQ2" = 4F,所以D項(xiàng)正確。2訓(xùn)練角度2:庫侖定律與電荷守恒定律綜合3 .如圖所示，兩個半徑均為r的金屬球放在絕

15、緣支架上，兩球面最近距離 為r, A球電荷量為+ Q, B球電荷量為一3Q,兩球之間的靜電力大小為 F,將 兩球相互接觸后放回原處，此時兩球之間的靜電力變?yōu)椋ǎ〢 FF4F4FA 3B-小于3C。"3"D-大于"3"B 金屬小球A和B,帶電量分別為+ Q和一3Q,因兩球不能看作是點(diǎn)電 荷，因?yàn)閮汕螂姾砷g的吸引作用，根據(jù)庫侖定律，可知相互作用力大小為 F> kQl;將兩球接觸后再放回原處，電荷先中和再平分，帶電量變?yōu)镼產(chǎn)=-Q, kQ2 1由于兩球之間相互排斥，則根據(jù)庫侖定律，有：f<kQ2<3F,故選B。學(xué)低3，庫侖力作用下的力學(xué)問題1

16、 .庫侖力作用下力學(xué)綜合問題，可以歸納為“電學(xué)問題，力學(xué)方法”。靜電 力是性質(zhì)力，不是效果力，它與重力、彈力、摩擦力一樣，具有自己的特性， 同時，具有力的共性，遵循力學(xué)規(guī)律和力的運(yùn)算法則。2.具體問題做好“兩分析” “一選取”(1)受力分析：除分析重力、接觸力之外，還要分析庫侖力的作用。(2)狀態(tài)分析：通過分析確定帶電體是處于平衡狀態(tài)還是處于加速狀態(tài)。(3)根據(jù)題目情景和提供的條件選取恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解。±【例3】 如圖所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球A用絕緣細(xì)線懸掛于。點(diǎn)，帶有電荷量也為q的小球B固定在O點(diǎn)正下方絕緣柱上。其中O點(diǎn)與 小球A的間距為1,。點(diǎn)與小球B的間距為

17、431,當(dāng)小球A平衡時，懸線與豎直 方向夾角8= 30°。帶電小球A、B均可視為點(diǎn)電荷，靜電力常量為k0則()kq2A. A、B向庫侖力大小F="2*B. A、B問庫侖力大小F="3詈 3c.細(xì)線拉力大小FT=kq2D .細(xì)線拉力大小Ft = V3mg思路點(diǎn)撥：解此題關(guān)鍵是利用幾何關(guān)系 “OA=1, OB=V31, 8= 30° ”找到AB間距。3 rr .B 帶電小球A受力如圖所小，OC=3"l,即C點(diǎn)為OB中點(diǎn)，根據(jù)對稱性AB = l。由庫侖定律知A、B問庫侖力大小F=峪，細(xì)線拉力Ft = F=竿，選項(xiàng)A、C錯誤；根據(jù)平衡條件得F cos

18、300 =gmg,得5=這我 繩子拉力5丁=當(dāng)詈，選項(xiàng)B正確，D錯誤。廣規(guī)律而法、r 處理點(diǎn)電荷的平衡問題及動力學(xué)問題的方法(1)確定研究對象。如果有幾個物體相互作用時，要依據(jù)題意，適當(dāng)選取“整 體法”或“隔離法”。kQiQ2(2)對研究對象進(jìn)行受力分析，多了庫侖力(F=-Q2Q)。(3)列平衡方程(F合=0或Fx = 0, Fy= 0)。1跟進(jìn)訓(xùn)練4.(多選)如圖所示，兩個帶電小球 A、B的質(zhì)量分別為mi、m2,帶電荷量 分別為qi、q20靜止時兩懸線與豎直方向夾角分別為M 62,且A、B恰好處在B.若 qi<q2,則 U> (2D.若mi< m2,則例> 他同一水平

19、面上，則()A .若 qi = q2,則制=(2C.若 mi = m2,則 0i=色CD 兩電荷間的庫侖力是相互的，大小相等、方向相反且作用在同一直線 上。每個帶電小球受庫侖力、重力和繩子拉力,三力平衡，由平衡條件可得migtan例=卜罩2, m2g tan包=卜覃2,即mig tan ( = m2g tan也，可知C、D正確。知識脈絡(luò)1個方法 探究實(shí)驗(yàn)中的控制變量法1個定律一一庫侖定律1個模型一一點(diǎn)電荷理想模型濯堂如詛辦實(shí)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)。雙基1個常量一一靜電力常量1.下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是（）A.任何帶電球體都可以看成電荷全部集中于球心的點(diǎn)電荷B.球狀帶電體一定可以看成點(diǎn)電荷C .點(diǎn)電荷就是元電荷D . 一個帶電體能否看成點(diǎn)電荷應(yīng)視具體情況而定D 一個帶電球體能否看成點(diǎn)電荷，是相對于具體問題而言的，不能單憑 其大小和形狀及帶電荷量的多少來判斷，因此選項(xiàng)D正確，A、B錯誤；元電荷 是電荷量，點(diǎn)電荷是帶電體的抽象，兩者的內(nèi)涵不同，所以選項(xiàng)C錯。2 .（多選）如圖所示，可視為點(diǎn)電荷的小物體 A、B分別帶負(fù)電和正電，B固 定，其正下方的A靜止在絕緣斜面上，則A受力個數(shù)可能為（）A. A可能受2個力作用B. A可能受3個力作用C. A可能受4個力作用D. A可能受5個力作用AC 小物體A必定受到兩個力作用，即重力和B對它的電場力，這兩個 力方向