《靜電力庫(kù)侖定律》導(dǎo)學(xué)案

課時(shí)1.2

靜電力

庫(kù)侖定律

1.點(diǎn)電荷物理學(xué)上把本身的線度比相互之間的①______小得多的帶電體叫做點(diǎn)電荷。視為點(diǎn)電荷的帶電體被看成只有電荷量沒(méi)有大小的②________。兩個(gè)被視為點(diǎn)電荷的帶電體之間的距離就是這兩個(gè)幾何點(diǎn)之間的距離。兩個(gè)帶電體能否視為點(diǎn)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(kù)侖定律真空中兩個(gè)點(diǎn)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(jié)論可表示為⑥________,式中k是一個(gè)常量。這個(gè)規(guī)律叫做庫(kù)侖定律。距離幾何點(diǎn)小得多反比正比電荷間的相互作用力通常叫做⑦_(dá)________或⑧________。實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷,其中每一個(gè)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(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的⑨__________。這個(gè)結(jié)論通常叫做靜電力疊加原理。3.靜電力與萬(wàn)有引力的比較區(qū)別:靜電力與帶電體的⑩____________及距離有關(guān),萬(wàn)有引力與物體的

_________及距離有關(guān);靜電力可能是斥力也可能是引力,萬(wàn)有引力只能是引力聯(lián)系:都與有關(guān)物理量(電荷量或質(zhì)量)的乘積有關(guān),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(gè)物體的連線上。庫(kù)侖力距離質(zhì)量大小電荷量多少矢量和靜電力1.下列說(shuō)法中正確的是(

)。A.真正的點(diǎn)電荷在現(xiàn)實(shí)中是存在的B.點(diǎn)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(diǎn)電荷D.一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷,不是看它的本身大小,而是看它的形狀和大小對(duì)所研究的問(wèn)題的影響是否可以忽略不計(jì)D【解析】點(diǎn)電荷是理想化模型,僅看它的形狀和大小對(duì)所研究的問(wèn)題有無(wú)影響。2.在絕緣光滑水平面上,相隔一定距離有兩個(gè)帶同種電荷的小球,從靜止開(kāi)始同時(shí)釋放,則兩個(gè)小球的速度和加速度大小隨時(shí)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(yùn)動(dòng),由庫(kù)侖定律知隨兩球間距離的增大,電場(chǎng)力減小,加速度減小。C3.如圖所示,用兩根絕緣輕細(xì)繩懸掛兩個(gè)小球A和B,這時(shí)上、下兩根繩子中的張力分別為T(mén)1和T2;使兩球都帶上正電荷,上、下兩根繩子中的張力分別為T(mén)1'和T2',則(

)。A.T1'=T1B.T1'<T1C.T2'=T2D.T2'<T2【解析】將A、B兩球看成一個(gè)整體,無(wú)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(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。兩球都帶上正電荷后,下段繩子要承受B的重力和A對(duì)它的斥力,所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。A主題1:點(diǎn)電荷模型情景:在課本第10頁(yè)“方法點(diǎn)撥”中說(shuō)道:“點(diǎn)電荷與力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)類(lèi)似,是在研究復(fù)雜物理問(wèn)題時(shí)引入的一種理想模型。不少物理問(wèn)題都與較多的因素有關(guān),要研究其與所有因素的關(guān)系是很困難的,抓住主要因素構(gòu)建物理模型,才可以簡(jiǎn)化研究的過(guò)程?！眴?wèn)題:這種研究問(wèn)題的方法叫做理想模型法。閱讀課本第9頁(yè)“靜電力與點(diǎn)電荷模型”內(nèi)容,思考并回答下列問(wèn)題:(1)點(diǎn)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(diǎn)是什么?(3)在中學(xué)物理中你還知道哪些理想化模型?解答:(1)點(diǎn)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(xué)中經(jīng)常使用的一種研究方法,這種方法的主要特點(diǎn)是:它把研究對(duì)象所具有的特征理想化,也就是它突出強(qiáng)調(diào)了研究對(duì)象某方面的特征或主要特征,而有意識(shí)地忽略研究對(duì)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(duì)象在某些方面表現(xiàn)出的本質(zhì)特征或運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(3)在初中學(xué)的光線、杠桿,在高一學(xué)的質(zhì)點(diǎn)等都是理想化模型。知識(shí)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(shí)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(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等屬性。但是,當(dāng)我們針對(duì)某種目的,從某種角度對(duì)某一物體進(jìn)行研究時(shí),有許多與研究問(wèn)題沒(méi)有直接關(guān)系的屬性和作用可以忽略不計(jì)。主題2:電荷間的作用力的大小跟距離、電荷量的關(guān)系情景:課本第10頁(yè)的“實(shí)驗(yàn)與探究”研究了電荷間的作用力跟距離、電荷量的關(guān)系,實(shí)際上研究上述關(guān)系還可以采用如下裝置來(lái)定性分析。如圖所示,球形帶電導(dǎo)體用絕緣支架固定,帶電的通草球(通草球是用一種樹(shù)木——通脫木的莖中的髓削成的,在物理學(xué)中主要作為輕小物體,在靜電小實(shí)驗(yàn)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(tái)上。如果球形導(dǎo)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(dǎo)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(wèn)題:聯(lián)系課本第10頁(yè)“實(shí)驗(yàn)與探究”內(nèi)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(jié)論?(2)與書(shū)上實(shí)驗(yàn)對(duì)比,你感覺(jué)哪個(gè)觀察起來(lái)更直接?解答:(1)得到如下結(jié)論:兩者距離不變時(shí),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(shí),它們之間的距離越大,作用力越小。(2)與書(shū)上實(shí)驗(yàn)對(duì)比,這個(gè)實(shí)驗(yàn)更直觀,因?yàn)檫@里只有一個(gè)小球,排除了另一個(gè)小球的干擾。知識(shí)鏈接:本實(shí)驗(yàn)只是定性的研究,只能使我們直觀地認(rèn)識(shí)到靜電力跟電荷量以及帶電體之間的距離有關(guān)。解答:(1)庫(kù)侖定律的適用條件是真空中靜止的點(diǎn)電荷,真空、靜止、點(diǎn)電荷這三個(gè)條件缺一不可,當(dāng)帶電體不能視為點(diǎn)電荷時(shí),庫(kù)侖定律則不成立。(2)在上述情境中,r→0時(shí)兩電荷不能看成點(diǎn)電荷,庫(kù)侖定律不再適用;r→∞時(shí)兩電荷之間的庫(kù)侖力F→0。所以選項(xiàng)A、C正確。知識(shí)鏈接:利用庫(kù)侖定律計(jì)算時(shí),電荷的正、負(fù)號(hào)可以不代入公式中,庫(kù)侖力方向可單獨(dú)判斷。主題4:靜電力與萬(wàn)有引力的比較情景:在課本第12頁(yè)“方法點(diǎn)撥”中提到:“類(lèi)比是研究物理問(wèn)題的一種重要方法,是根據(jù)兩類(lèi)對(duì)象之間某些方面的相似性,推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗨频囊环N思維方法。庫(kù)侖定律就是科學(xué)家借助類(lèi)比的方法發(fā)現(xiàn)重要規(guī)律的典型實(shí)例。”在課本第11頁(yè)也有相關(guān)敘述:庫(kù)侖定律“是法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲈谇叭斯ぷ鞯幕A(chǔ)上,通過(guò)與牛頓萬(wàn)有引力定律的類(lèi)比和自己大量的實(shí)驗(yàn)研究,在1785年提出來(lái)的”。問(wèn)題:(1)靜電力與萬(wàn)有引力有哪些相似點(diǎn)和不同點(diǎn)?(2)結(jié)合你物理學(xué)習(xí)的實(shí)際,談?wù)勀銓?duì)類(lèi)比的思想方法是怎樣理解的?

解答:(1)靜電力與萬(wàn)有引力的區(qū)別:靜電力與帶電體的電荷量及距離有關(guān),萬(wàn)有引力與物體的質(zhì)量及距離有關(guān);靜電力可能是斥力也可能是引力,萬(wàn)有引力只能是引力。兩者的聯(lián)系:都與有關(guān)物理量(電荷量或質(zhì)量)的乘積有關(guān),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(gè)物體的連線上。(2)類(lèi)比作為一種推理方法,它是通過(guò)比較不同對(duì)象或不同領(lǐng)域之間的某些屬性相似,從而推導(dǎo)出另一屬性也相似。它既不同于演繹推理從一般推導(dǎo)到個(gè)別,也不同于歸納推理從個(gè)別推導(dǎo)到一般,而是從特定的對(duì)象或領(lǐng)域推導(dǎo)到另一特定對(duì)象或領(lǐng)域的推理方法。類(lèi)比推理是一種或然性的推理,其結(jié)論是否正確還須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的邏輯論證或者實(shí)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(shí)鏈接:自然規(guī)律既具有多樣性,又具有統(tǒng)一性。拓展一:對(duì)點(diǎn)電荷的理解1.關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法,正確的是(

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

【點(diǎn)撥】“點(diǎn)電荷”就是一個(gè)沒(méi)有大小和形狀的幾何點(diǎn),而電荷又全部集中在這幾何點(diǎn)上。事實(shí)上,任何帶電體都有其大小和形狀,真正的點(diǎn)電荷是不存在的,它像力學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”概念一樣,純屬一個(gè)理想化模型。不過(guò),當(dāng)我們?cè)谘芯繋щ婓w間的相互作用時(shí),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(duì)帶電體之間的相互作用的影響就可以忽略不計(jì),在此情況下,我們就可以把帶電體抽象成點(diǎn)電荷模型。D

拓展三:對(duì)稱(chēng)法與庫(kù)侖定律

3.如圖甲所示,一個(gè)半徑為R的圓環(huán)均勻帶電,ab是一個(gè)極小的缺口,缺口長(zhǎng)為L(zhǎng)(L?R),圓環(huán)帶正電荷,電荷量為QL,在圓心處放置一個(gè)帶電荷量為q的負(fù)電荷,試求負(fù)電荷受到的庫(kù)侖力。【解析】首先討論一個(gè)封閉圓環(huán)的情形。如圖乙所示,在圓環(huán)上任意取兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)(很小的一段圓弧)P、Q,P點(diǎn)對(duì)圓心處的負(fù)電荷的引力為FP,Q點(diǎn)對(duì)圓心處的負(fù)電荷的引力為FQ,由庫(kù)侖定律可知,這兩個(gè)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(diǎn)都有與之對(duì)稱(chēng)的點(diǎn),它們對(duì)圓心處的負(fù)電荷的合力均為零。而圓環(huán)正是由無(wú)數(shù)對(duì)這樣的點(diǎn)組成。不難確定,圓環(huán)中心處的點(diǎn)電荷受力為零?！军c(diǎn)撥】由此題我們可以得出三自由點(diǎn)電荷共線平衡問(wèn)題有如下特點(diǎn):①三自由點(diǎn)電荷電性必為“兩同一異”。若三者均帶同種電荷,無(wú)論怎么放,外側(cè)點(diǎn)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(cè),它本身不可能平衡;③放在內(nèi)側(cè)的異種電荷B電量最小。因?yàn)槿鬛B>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(gè)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(yuǎn)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(gè)相距0.4m的點(diǎn)電荷A、B,A帶電量+Q,B帶電量-9Q,現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C,恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài),問(wèn):

(1)C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷?(2)應(yīng)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(gè)相距0.4m的點(diǎn)電荷A、B,A帶電量+Q,B帶電量-9Q,現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C,恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài),問(wèn):

(1)C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷?(2)應(yīng)放于何處?(3)所帶電荷量為多少?甲乙三點(diǎn)共線兩同夾異兩大夾小近小遠(yuǎn)大

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

甲(1)B球受到的庫(kù)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(diǎn)電荷的是(

)。A.小的帶電體在任何情況下都可視為點(diǎn)電荷B.均勻帶電的絕緣球體在計(jì)算與它外部電荷間的庫(kù)侖力時(shí)可視為點(diǎn)電荷C.帶電的細(xì)桿任何條件下均不可視為點(diǎn)電荷D.帶電的金屬球一定不能視為點(diǎn)電荷【解析】一個(gè)物體能否看作點(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,所以A、C、D錯(cuò);均勻帶電球體在計(jì)算與它外面的電荷的庫(kù)侖力時(shí)可視為點(diǎn)電荷,認(rèn)為電荷集中在球心,故B對(duì)。BA

3.兩個(gè)完全相同的小金屬球,它們所帶電荷量之比為5∶1,它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x(帶電