2023學(xué)年完整公開課版庫侖定律

第一章

靜電場2庫侖定律學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.了解探究電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程.2.知道點(diǎn)電荷的概念.3.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件，會(huì)用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.4.了解庫侖扭秤實(shí)驗(yàn).內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識(shí)探究1一、探究影響電荷間相互作用力的因素導(dǎo)學(xué)探究O是一個(gè)帶正電的物體，把系在絲線上的帶正電的小球先后掛在圖1中P1、P2、P3等位置.小球受力大小逐漸減小，說明帶電體間的作用力隨距離的增大而減小.答案(1)保持小球的帶電荷量不變，將懸點(diǎn)由P1依次移至P3，小球所受作用力大小如何變化？說明什么？圖1(2)若保持小球位置不變，增大或減小小球所帶的電荷量，小球所受作用力的大小如何變化？說明什么？增大小球所帶的電荷量，小球受到的作用力增大；減小小球所帶的電荷量，小球受到的作用力減小.說明電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大.答案圖1知識(shí)梳理實(shí)驗(yàn)結(jié)論電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而

，隨著距離的增大而

.增大減小即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)探究電荷間的作用力與某一因素的關(guān)系時(shí)，必須控制其他因素不變.()(2)小球所帶電荷量不變時(shí)，距離帶電物體越遠(yuǎn)，絲線偏離豎直方向的角度越大.(

)(3)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.(

)(4)電荷間的作用力隨電荷量的增大而增大，隨電荷間距離的增大而增大.(

)√×√×二、庫侖定律導(dǎo)學(xué)探究(1)什么是點(diǎn)電荷？實(shí)際帶電體看成點(diǎn)電荷的條件是什么？答案點(diǎn)電荷是用來代替帶電體的點(diǎn)，當(dāng)帶電體的形狀、大小及電荷分布對(duì)作用力的影響可以忽略時(shí)，帶電體可以看做點(diǎn)電荷.答案(2)庫侖利用扭秤實(shí)驗(yàn)研究電荷間的相互作用，該裝置利用什么方法顯示力的大??？通過實(shí)驗(yàn)，兩帶電體間的作用力F與距離r的關(guān)系如何？實(shí)驗(yàn)的巧妙體現(xiàn)在何處？該裝置通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度來比較力的大小，力越大，懸絲扭轉(zhuǎn)的角度越大，力F與距離r的二次方成反比：F∝.實(shí)驗(yàn)的巧妙之處：①利用懸絲的扭轉(zhuǎn)角度把力放大；②利用相同球體接觸平分電荷量解決了無法測量電荷量的問題.1.點(diǎn)電荷(1)點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小

，以致帶電體的

、

及

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)，叫做

.(2)說明：①點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在.知識(shí)梳理大得多形狀大小電荷分布狀況點(diǎn)電荷②帶電體能否看做點(diǎn)電荷，不取決于帶電體的大小，而取決于它們的形狀、大小與距離相比能否忽略.即將帶電體看做點(diǎn)電荷的前提條件是帶電體間的距離遠(yuǎn)大于帶電體本身的尺寸.(3)正確區(qū)分點(diǎn)電荷與元電荷：①元電荷是一個(gè)電子或一個(gè)質(zhì)子所帶電荷量的數(shù)值，是電荷量的最小值，沒有正、負(fù)之分.②點(diǎn)電荷只是不考慮大小和形狀的帶電體，其帶電荷量可以很大，也可以很小，但它一定是元電荷的整數(shù)倍.2.庫侖定律(1)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

，與它們的距離的

成反比，作用力的方向在

.(2)公式：F＝

，其中k＝

N·m2/C2，叫做靜電力常量.(3)適用條件：a.

；b.

.它們的連線上正比二次方9.0×109在真空中點(diǎn)電荷3.庫侖的實(shí)驗(yàn)(1)庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)是通過懸絲

比較靜電力F大小的.實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)靜電力F與距離r的

成反比.(2)庫侖在實(shí)驗(yàn)中為研究F與q的關(guān)系，采用的是用兩個(gè)

的金屬小球

，電荷量

的方法，發(fā)現(xiàn)F與q1和q2的

成正比.完全相同扭轉(zhuǎn)角度二次方接觸平分乘積即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)只有電荷量很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷.(

)(2)體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷.(

)(3)當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離時(shí)，可將這兩個(gè)帶電體看成點(diǎn)電荷.(

)(4)若點(diǎn)電荷q1的電荷量大于q2的電荷量，則q1對(duì)q2的靜電力大于q2對(duì)q1的靜電力.(

)×√××2題型探究一、庫侖定律的理解與應(yīng)用1.庫侖定律適用于點(diǎn)電荷間的相互作用，當(dāng)r→0時(shí)，電荷不能再看成點(diǎn)電荷，庫侖定律不再適用.2.兩個(gè)規(guī)則的帶電球體相距比較近時(shí)，不能被看做點(diǎn)電荷，此時(shí)兩帶電球體之間的作用距離會(huì)隨所帶電荷量的改變而改變，即電荷的分布會(huì)發(fā)生改變.若帶同種電荷時(shí)，如圖2(a)，由于排斥而距離變大，此時(shí)F＜

；若帶異種電荷時(shí)，如圖(b)，由于吸引而距離變小，此時(shí)F＞

.圖2

3.兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的庫侖力遵守牛頓第三定律.不要認(rèn)為電荷量大的電荷對(duì)電荷量小的電荷作用力大.例1甲、乙兩導(dǎo)體球，甲球帶有4.8×10－16C的正電荷，乙球帶有3.2×10－16C的負(fù)電荷，放在真空中相距為10cm的地方，甲、乙兩球的半徑遠(yuǎn)小于10cm.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(1)試求兩球之間的靜電力，并說明是引力還是斥力？答案解析1.38×10－19N引力(2)如果兩個(gè)導(dǎo)體球完全相同，接觸后放回原處，兩球之間的作用力如何？答案解析如果兩個(gè)導(dǎo)體球完全相同，則電荷中和后平分，每個(gè)小球的帶電荷量為8×10－17C，代入數(shù)據(jù)得兩個(gè)電荷之間的斥力為F1＝5.76×10－21N.5.76×10－21N斥力(3)將兩個(gè)體積不同的導(dǎo)體球相互接觸后再放回原處，其作用力能求出嗎？答案解析兩個(gè)體積不同的導(dǎo)體球相互接觸后，正負(fù)電荷相互中和，剩余的電荷要在兩球間分配，由于兩球不同，分配電荷的電荷量將不相等，因而無法求出兩球間的作用力.不能總結(jié)提升用公式計(jì)算庫侖力大小時(shí)，不必將表示電荷q1、q2的帶電性質(zhì)的正、負(fù)號(hào)代入公式中，只將其電荷量的絕對(duì)值代入即可；力的方向再根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引加以判別.二、庫侖力的疊加1.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)生的庫侖力的矢量和.2.電荷間的單獨(dú)作用符合庫侖定律，求各庫侖力的矢量和時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則.例2如圖3所示，分別在A、B兩點(diǎn)放置點(diǎn)電荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C.在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m.如果有一高能電子靜止放在C點(diǎn)處，則它所受的庫侖力的大小和方向如何？答案解析見解析圖3針對(duì)訓(xùn)練如圖4所示，有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C位于一個(gè)等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，已知A、B都帶正電荷，A所受B、C兩個(gè)電荷的靜電力的合力如圖中FA所示，則下列說法正確的是因A、B都帶正電，所以靜電力表現(xiàn)為斥力，即B對(duì)A的作用力沿BA的延長線方向，而不論C帶正電還是帶負(fù)電，A和C的作用力方向都必須在AC連線上，由平行四邊形定則知，合力必定為兩個(gè)分力的對(duì)角線，所以A和C之間必為引力，且FCA＜FBA，所以C帶負(fù)電，且QC＜QB.圖4答案解析A.C帶正電，且QC＜QB

B.C帶正電，且QC＞QBC.C帶負(fù)電，且QC＜QB

D.C帶負(fù)電，且QC＞QB√三、靜電力作用下的平衡問題例3

(多選)兩個(gè)質(zhì)量分別是m1、m2的小球，各用絲線懸掛在同一點(diǎn)，當(dāng)兩球分別帶同種電荷，且電荷量分別為q1、q2時(shí)，兩絲線張開一定的角度θ1、θ2，如圖5所示，此時(shí)兩個(gè)小球處于同一水平面上，則下列說法正確的是圖5

A.若m1＞m2，則θ1＞θ2B.若m1＝m2，則θ1＝θ2C.若m1＜m2，則θ1＞θ2D.若q1＝q2，則θ1＝θ2答案解析√√以m1為研究對(duì)象，對(duì)m1受力分析如圖所示.由共點(diǎn)力平衡得FTsinθ1＝F庫

①FTcosθ1＝m1g ②方法總結(jié)分析帶電體在靜電力作用下的平衡問題時(shí)，方法仍然與力學(xué)中物體的平衡問題分析方法相同，常用方法有合成法和正交分解法.達(dá)標(biāo)檢測31.(多選)下列說法中正確的是A.點(diǎn)電荷是一種理想化模型，真正的點(diǎn)電荷是不存在的

B.點(diǎn)電荷就是體積和帶電荷量都很小的帶電體C.兩帶電量分別為Q1、Q2的球體間的作用力在任何情況下都可用公式F＝k計(jì)算D.一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形狀和

大小對(duì)所研究的問題的影響是否可以忽略不計(jì)√答案解析√1234點(diǎn)電荷是一種理想化模型，一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷不是看其大小，而是應(yīng)具體問題具體分析，是看它的形狀和大小對(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)電荷的說法都是錯(cuò)誤的，A、D對(duì).12342.兩個(gè)分別帶有電荷量－Q和＋3Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷)，固定在相距為r的兩處，它們間庫侖力的大小為F.兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?/p>

，則小球間庫侖力的大小變?yōu)?234√答案解析.12343.如圖6所示，等邊三角形ABC，邊長為L，在頂點(diǎn)A、B處有等量同種點(diǎn)電荷QA、QB，QA＝QB＝＋Q，求在頂點(diǎn)C處的正點(diǎn)電荷QC所受的