人教版高中物理必修三 （庫侖定律）新課件

第2節(jié)庫侖定律

核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1.知道點電荷的概念。2.理解庫侖定律的內(nèi)容、公式及適用條件。1.通過抽象概括建立點電荷這種理想化模型。2.進一步了解控制變量法在實驗中的作用。3.會用庫侖定律進行有關(guān)的計算。經(jīng)歷探究實驗過程，得出電荷間作用力與電荷量及電荷間距離的定性關(guān)系。知識點一探究影響電荷間相互作用力的因素[觀圖助學(xué)]

小明同學(xué)用圖中的裝置探究影響電荷間相互作用力的因素。帶電小球A、B之間的距離越近，擺角θ越大，這說明它們之間的庫侖力越大。1.實驗原理：如圖所示，小球B受Q的斥力，絲線偏離豎直方向。F＝____________，θ變大，F(xiàn)________。mgtanθ變大2.控制變量法探究某一物理量與其他兩個物理量的關(guān)系時，應(yīng)先控制一個量不變，來研究另外兩個量之間的關(guān)系，然后再控制另一個量不變，研究其他兩個量之間的關(guān)系，最后總結(jié)出要研究的各個量之間的關(guān)系，這種控制變量研究其他量關(guān)系的方法叫控制變量法。3.實驗現(xiàn)象 (1)小球帶電荷量不變時，距離帶電物體越遠，絲線偏離豎直方向的角度_______。 (2)小球處于同一位置時，小球所帶的電荷量越大，絲線偏離豎直方向的角度________。4.實驗結(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________。越小越大增大減小[思考判斷](1)電荷之間相互作用力的大小只決定于電荷量的大小。(

)(2)兩電荷的帶電荷量一定時，電荷間的距離越小，它們間的靜電力就越大。(

)×√[觀圖助學(xué)]觀察上圖，說出同種電荷和異種電荷之間的作用力的特點，試猜想：電荷與電荷之間的作用力與哪些因素有關(guān)？滿足什么規(guī)律呢？知識點二庫侖定律1.庫侖力：電荷間的________________，也叫作靜電力。2.點電荷：帶電體間的距離比自身的大小________，以致帶電體的________、________及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可忽略時，可將帶電體看作____________，即為點電荷。相互作用力大得多形狀大小帶電的點3.庫侖定律成正比成反比9.0×109N·m2/C2點電荷4.庫侖力的疊加(1)兩個點電荷間的作用力________因第三個點電荷的存在而有所改變。(2)兩個或者兩個以上點電荷對某一個點電荷的作用力等于各點電荷單獨對其作用力的________。不會矢量和[思考判斷](1)庫侖力的大小與電性沒有關(guān)系。(

)(2)相互作用的兩個點電荷，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。(

)(3)兩個帶電小球即使相距非常近，也能用庫侖定律計算庫侖力的大小。(

)√√×[觀圖助學(xué)]庫侖做實驗用的裝置叫作庫侖扭秤，觀察上圖，猜想：庫侖扭秤的巧妙體現(xiàn)在何處？知識點三庫侖的實驗1.實驗裝置：庫侖做實驗用的裝置叫作____________。如圖所示，細銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的金屬小球A，另一端有一個不帶電的球B，B與A使絕緣棒平衡。當把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時，A和C之間的作用力使懸絲________，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的________可以比較力的大小。庫侖扭秤扭轉(zhuǎn)角度2.實驗步驟 (1)改變A和C之間的距離，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與________的關(guān)系。 (2)改變A和C的帶電荷量，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找出力F與____________之間的關(guān)系。3.實驗結(jié)論 (1)力F與距離r的二次方成反比，即____________。 (2)力F與q1和q2的乘積成正比，即____________。距離r帶電荷量qF∝q1q2[觀察探究]

如圖，“嫦娥三號”月球探測器升空過程中由于與大氣摩擦產(chǎn)生了大量的靜電。(1)在研究“嫦娥三號”與地球的靜電力時，能否把“嫦娥三號”看成點電荷？(2)研究點電荷有什么意義？答案(1)能(2)點電荷是理想化模型，實際中并不存在，是我們抓住主要因素、忽略次要因素抽象出的物理模型。核心要點對“點電荷”的理解[探究歸納]1.點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學(xué)中的質(zhì)點，實際中并不存在。2.帶電體能否看成點電荷視具體問題而定，不能單憑它的大小和形狀下結(jié)論。如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多，則帶電體的大小及形狀就可以忽略，此時帶電體就可以看成點電荷。溫馨提示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、大小及電荷分布狀況對它們之間相互作用力的影響很小時，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，這樣處理會使問題大為簡化，對結(jié)果又沒有太大的影響，這是物理學(xué)上經(jīng)常用到的方法。[試題案例][例1]下列關(guān)于點電荷的說法正確的是(

) A.任何帶電球體，都可看成電荷全部集中于球心的點電荷 B.體積很大的帶電體一定不能看成是點電荷 C.當兩個帶電體的大小遠小于它們之間的距離時，可將這兩個帶電體看成點電荷 D.一切帶電體都可以看成是點電荷解析能否把一個帶電體看成點電荷，關(guān)鍵在于我們分析時是否考慮它的體積大小和形狀。能否把一個帶電體看作點電荷，不能以它的體積大小而論，應(yīng)該根據(jù)具體情況而定。若它的體積和形狀可不予考慮，就可以將其看成點電荷，若帶電球體電荷分布不均勻，則球形帶電體的電荷不能看成全部集中于球心的點電荷，故選項C正確。答案C[針對訓(xùn)練1](多選)關(guān)于點電荷，下列說法正確的是(

) A.點電荷是電荷量和體積都很小的帶電體 B.點電荷是一種理想模型 C.點電荷的最小帶電荷量等于元電荷 D.球形帶電體都可以看作點電荷

解析點電荷是一種物理模型，實際中并不存在，選項B正確；一個帶電體能否看成點電荷，不是看它的大小和形狀，而是看它的大小和形狀對所研究的問題的影響是否可以忽略不計，若可以忽略不計，則它就可以看作點電荷，否則就不能看作點電荷，選項A、D錯誤；所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍，選項C正確。

答案BC[觀察探究]

如圖所示，一帶正電的物體位于M處，用絕緣絲線系上帶正電的相同的小球，分別掛在P1、P2、P3的位置，可觀察到小球在不同位置時絲線偏離豎直方向的角度不同。此實驗得出的結(jié)論是什么？

答案在研究電荷之間作用力大小的決定因素時，采用控制變量的方法進行，如本實驗，根據(jù)小球的偏角可以看出小球所受作用力逐漸減小，由于沒有改變電性和電荷量，不能研究電荷之間作用力和電性、電荷量關(guān)系，故得出的實驗結(jié)論是：電荷之間作用力的大小與兩電荷間的距離有關(guān)。核心要點對庫侖定律的理解[探究歸納]1.庫侖力的確定方法 (1)大小計算：利用庫侖定律計算靜電力大小時，不必將表示電性的正、負號代入公式，只代入q1、q2的絕對值即可。 (2)方向判斷：利用同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引來判斷。2.兩個點電荷間的庫侖力 (1)真空中兩個靜止點電荷間相互作用力的大小只跟兩個電荷的電荷量及間距有關(guān)，跟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。3.兩個帶電球體間的庫侖力特別提醒兩個電荷間的距離r→0時，兩電荷已失去了點電荷的前提條件，所以違背了庫侖定律的適用條件，不能再運用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用力，因此不能認為F→∞。[試題案例][例2]A、B、C三點在同一直線上，AB∶BC＝1∶2，B點位于A、C之間，在B處固定一電荷量為Q的點電荷。當在A處放一電荷量為＋q的點電荷時，Q所受到的靜電力為F；移去A處電荷，在C處放一電荷量為－2q的點電荷，Q所受靜電力為(

)思路點撥解答本題應(yīng)注意以下三點(1)靜電力與電荷量大小的關(guān)系；(2)靜電力與點電荷間距的關(guān)系；(3)靜電力的方向規(guī)定。答案B方法總結(jié)應(yīng)用庫侖定律應(yīng)注意的事項(1)雖然庫侖定律的適用條件是在真空中，但在空氣中也可以用該公式進行計算。(2)單位必須用國際單位，才有靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2。[針對訓(xùn)練2]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的負電荷，放在真空中相距為10cm的地方，甲、乙兩球的半徑均遠小于10cm。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) (1)試求兩球之間的靜電力的大小，并說明是引力還是斥力？ (2)如果兩個導(dǎo)體球完全相同，接觸后放回原處，兩球之間的作用力如何？ (3)將兩個體積不同的導(dǎo)體球相互接觸后再放回原處，還能求出其作用力嗎？(3)由于兩球不同，分開后分配電荷的電荷量將不相等，且無法知道電荷量的大小，也就無法求出兩球間的作用力。答案(1)1.38×10－19N引力(2)5.76×10－21N斥力(3)不能[觀察探究]

如圖，已知空間中存在三個點電荷A、B、C，請思考：(1)A對C的庫侖力是否因B的存在而受到影響？A、B是否對C都有力的作用？(2)如何求A、B對C的作用力？核心要點庫侖力的疊加[探究歸納]1.對于三個或三個以上的點電荷，其中每一個點電荷所受的庫侖力，等于其余所有點電荷單獨對它作用產(chǎn)生的庫侖力的矢量和。2.電荷間的單獨作用符合庫侖定律，求各庫侖力的矢量和時應(yīng)用平行四邊形定則。[試題案例][例3]如圖所示，分別在A、B兩點放置點電荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C。在AB的垂直平分線上有一點C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m。如果有一電子靜止放在C點處，則它所受的庫侖力的大小和方向如何？

解析電子帶負電荷，在C點同時受A、B兩點電荷的作用力FA、FB，如圖所示。由矢量的平行四邊形定則和幾何知識得靜止放在C點的電子受到的庫侖力F＝FA＝FB＝8.0×10－21N，方向平行于AB連線由B指向A。答案見解析[針對訓(xùn)練3]如圖所示，有三個點電荷A、B、C位于一個等邊三角形的三個頂點上，已知A、B都帶正電荷，A所受B、C兩個電荷的靜電力的合力如圖中FA所示，則下列說法正確的是(

) A.C帶正電，且QC＜QB B.C帶正電，且QC＞QB C.C帶負電，且QC＜QB D.C帶負電，且QC＞QB解析因A、B都帶正電，所以靜電力表現(xiàn)為斥力，即B對A的作用力沿BA的延長線方向，而不論C帶正電還是帶負電，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，合力必定為以兩個分力為鄰邊所做平行四邊形的對角線，所以A和C之間必為引力，且FCA＜FBA，所以C帶負電，且QC＜QB。答案C核心要點靜電力作用下的平衡問題[試題案例]答案B[針對訓(xùn)練4]如圖所示，把一帶正電的小球a放在光滑絕緣斜面上，欲使小球a能靜止在斜面上，需在MN間放一帶電小球b，則b應(yīng)(

) A.帶負電，放在A點 B.帶正電，放在B點 C.帶負電，放在C點 D.帶正電，放在C點

解析小球a受到重力、支持力和庫侖力的作用處于平衡狀態(tài)時，才能靜止在斜面上?？芍挥行∏騜帶負電、放在C點才可使小球a所受合力可以為零，故選項C正確。

答案C13.5能量量子化第十二章電磁感應(yīng)與電磁波初步

教學(xué)目標1.了解熱輻射。2.知道能量子和普朗克常量。3.了解能級及原子光譜。引入19世紀末，經(jīng)典物理學(xué)在各個領(lǐng)域都取得了很大的成功力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)當時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中，認為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。引入威廉·湯姆孫開爾文科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補工作就行了。但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云。引入后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。量子論相對論熱輻射在爐火旁邊有什么感覺？冬天會感覺到很暖和，因為爐火在輻射能量熱輻射現(xiàn)象：一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，故稱為熱輻射。投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？投在爐中的鐵塊隨溫度升高依次呈現(xiàn)不同顏色：這是熱輻射的一個特性這表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。熱輻射熱輻射熱輻射的兩條定性規(guī)律：1.輻射的電磁波中包含各種波長的電磁波，不同波長，輻射強度不同。在室溫下，輻射的主要成分是波長較長的電磁波在高溫情況下，輻射的主要成分是波長較短的電磁波2.溫度升高，輻射強度增大，同時輻射電磁波的頻率和波長也在變化。熱輻射1.熱輻射:我們周圍的一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關(guān),所以叫熱輻射。2.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。當溫度升高時,熱輻射中波長較短的成分越來越強。3.除了熱輻射外,物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。黑體黑體：如果一個物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波，這就是黑體輻射。在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。德國物理學(xué)家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。1.黑體實際上是不存在的,只是一種理想情況。2.黑體不一定是黑的,只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的;有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射,看起來還會很明亮,如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也有時被看作黑體來處理。3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡單,黑體輻射強度只與溫度有關(guān)。4.一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。黑體黑體輻射一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波，這就是黑體輻射。那么，在研究熱輻射的規(guī)律時，人們?yōu)槭裁刺貏e注意對黑體輻射進行研究？實驗表明：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)，因而可以反映某種具有普通意義的客觀規(guī)律。黑體輻射溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加；溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。黑體為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學(xué)家普朗克做了多種嘗試，進行了激烈的思想斗爭。普朗克普朗克微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世弄看來可能非常奇怪。能量子能量子假說帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化。能量子1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是最小能量值ε的整數(shù)倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……,當帶電微粒輻射或吸收能量時,也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收,這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。(3)能量量子化:在微觀世界中能量不能連續(xù)變化,