9.2庫侖定律（學(xué)生版）高一物理講義（人教2019）

9.2庫侖定律【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1．掌握庫侖定律，知道點(diǎn)電荷的概念，并理解真空中的庫侖定律。2．會(huì)用庫侖定律進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。二、過程與方法1．滲透理想化方法，培養(yǎng)學(xué)生由實(shí)際問題進(jìn)行簡化抽象建立物理模型的能力。2．滲透控制度量的科學(xué)研究方法。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過元電荷的教學(xué)，滲透物質(zhì)無限可分的辯證唯物主義觀點(diǎn)。【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：庫侖定律和庫侖力的教學(xué)。難點(diǎn)：關(guān)于庫侖定律的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)一、電荷之間的作用力1.電荷之間的作用力（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正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。這個(gè)規(guī)律叫做庫侖定律。（2）電荷間這種相互作用力叫做靜電力或庫侖力。2.點(diǎn)電荷（1）定義：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以致帶電體的形狀、大小及電荷的分布狀況對(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)，叫做點(diǎn)電荷。（2）理想化的物理模型點(diǎn)電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，實(shí)際上并不存在。（3）點(diǎn)電荷與元電荷的區(qū)別①元電荷是最小的電荷量②點(diǎn)電荷是帶電體，只是不考慮帶電體的大小和形狀，其帶的電荷量可以很大也可以很小，但一定是元電荷的整數(shù)倍?！窘?jīng)典例題1】（江蘇省蘇州市吳江汾湖高級(jí)中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）21.庫侖研究電荷之間的相互作用力跟什么因素有關(guān)，做了如下實(shí)驗(yàn)：把一個(gè)帶正電的物體固定，然后將掛在絲線上帶正電的小球先后掛在、、處，發(fā)現(xiàn)情況如圖所示，由此，歸納得出的初步結(jié)論正確的是（）A.電荷之間的作用力大小隨距離增大而增大B.電荷之間的作用力大小與距離無關(guān)C.電荷之間的作用力大小隨距離的增大先增大后減小D.由于小球平衡時(shí)絲線與豎直方向夾角在減小，所以電荷之間的作用力大小隨距離增大而減小【變式訓(xùn)練1】（吉林省白城市大安市第六中學(xué)20202021學(xué)年高二（上）期中物理試題）用控制變量法，可以研究影響電荷間相互作用力的因素.如圖所示，O是一個(gè)帶電的物體，若把系在絲線上的帶電小球先后掛在橫桿上的P1、P2、P3等位置，可以比較小球在不同位置所受帶電物體的作用力的大小。這個(gè)力的大小可以通過絲線偏離豎直方向的角度θ顯示出來。若物體O的電荷量用Q表示，小球的電荷量用q表示，物體與小球間距離用d表示，物體和小球之間的作用力大小用F表示。則以下對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷正確的是（）A.保持Q、q不變，增大d，則θ變大，說明F與d有關(guān)B.保持Q、q不變，減小d，則θ變大，說明F與d成反比C.保持Q、d不變，減小q，則θ變小，說明F與q有關(guān)D.保持q、d不變，減小Q，則θ變小，說明F與Q成正比【經(jīng)典例題2】（天津市南開翔宇學(xué)校20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）1.下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法正確的是A.不論帶電體多大，只要帶電體間距離遠(yuǎn)大于它們的大小，就可看成是點(diǎn)電荷B.只要帶電體的體積很小，在任何情況下都可看做點(diǎn)電荷C.體積很大的帶電體，任何情況下都不可看做點(diǎn)電荷D.只有球形帶電體才能看作點(diǎn)電荷【變式訓(xùn)練2】（天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)濱海學(xué)校20212022學(xué)年高二（上）期中質(zhì)量監(jiān)測(cè)物理試題）1.物理學(xué)中，“質(zhì)點(diǎn)”、“點(diǎn)電荷”這兩個(gè)概念的建立所體現(xiàn)的共同的科學(xué)思維方法是（）A.比值法 B.等效替代法 C.理想化模型 D.控制變量法知識(shí)點(diǎn)二、庫侖的實(shí)驗(yàn)庫侖做實(shí)驗(yàn)用的裝置叫做庫侖扭秤。如圖所示，細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個(gè)帶電的金屬小球A，另一端有一個(gè)不帶電的球與A所受的重力平衡。當(dāng)把另一個(gè)帶電的金屬球C插入容器靠近A時(shí)，A和C之問的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小。改變A與C之間距離，記錄每次懸絲扭轉(zhuǎn)的角度，便可找到力F與距離r的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是力F與距離r的二次方成反比，即F∝1/r2．在庫侖那個(gè)年代，還不知道怎樣測(cè)量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量的單位都沒有。庫侖發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)相同的帶電金屬小球互相接觸后，它們對(duì)相隔同樣距離的第三個(gè)帶電小球的作用力相等，所以他斷定這兩個(gè)小球所帶的電荷量相等。如果把一個(gè)帶電金屬小球與另一個(gè)不帶電的完全相同的金屬小球接觸，前者的電荷量就會(huì)分給后者一半。庫侖就用這個(gè)方法，把帶電小球的電荷量分為q/2．q/4．q/8……，這樣庫侖巧妙地解決了小球的帶電量的測(cè)量問題。【經(jīng)典例題1】（廣東省汕頭市潮陽區(qū)河溪中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中考試物理試題）1.如圖為庫侖扭秤．細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個(gè)帶電的金屬小球A，另一端有一個(gè)不帶電的球B，B與A所受的重力平衡．當(dāng)把另一個(gè)帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時(shí)，A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小，改變A和C之間的距離r，記錄每次懸線扭轉(zhuǎn)的角度，便可找到力F與距離r的關(guān)系．這一實(shí)驗(yàn)中用到了下列哪些物理方法（）①微小量放大法②極限法③比值定義法④控制變量法A.①② B.①③ C.①④ D.③④【變式訓(xùn)練1】（北京市首都師范大學(xué)附屬蘋果園中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）18.在前人研究的基礎(chǔ)上，有一位物理學(xué)家利用圖所示的扭秤裝置進(jìn)行研究，提出真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間相互作用的規(guī)律，這位物理學(xué)家是（）A.牛頓 B.伽利略 C.庫侖 D.焦耳知識(shí)點(diǎn)三、靜電力計(jì)算1.庫侖力的大?。?）表達(dá)式：，式中的k叫做靜電力常量，k=9.0×109N·m2/C2（4）定律的適用范圍：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷。（5）如果一個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)受到兩個(gè)或更多的點(diǎn)電荷的作用力，可以根據(jù)力的合成求合力。2.同一直線上三個(gè)自由點(diǎn)電荷的平衡問題（1）三個(gè)點(diǎn)電荷的位置關(guān)系是“同性在兩邊，異性在中間”（2）三個(gè)點(diǎn)電荷中，中間點(diǎn)電荷的電荷量最小。兩邊同性點(diǎn)電荷中哪個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量小，中間點(diǎn)電荷就距哪個(gè)近一些（3）三個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量滿足【經(jīng)典例題1】（廣西桂林市第十九中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中質(zhì)量檢測(cè)物理試題）2.兩個(gè)分別帶有電荷量為－Q和+3Q的相同金屬球（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?，F(xiàn)將兩球相互接觸后分開固定在相距為0.5r的兩處，則兩球間庫侖力的大小為（）A.F B.F C.F D.12F【變式訓(xùn)練1】（海南省三亞華僑學(xué)校（南新校區(qū)）20212022學(xué)年高二（上）期中考試物理試題）3.兩個(gè)相同的帶異種電荷的導(dǎo)體小球（可視為點(diǎn)電荷）所帶電荷量的比值為1∶3，相距為r時(shí)相互作用的庫侖力的大小為F，今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處，則此時(shí)庫侖力的大小為（）A. B. C. D.【經(jīng)典例題2】（福建省廈門市大同中學(xué)20202021學(xué)年高二（上）11月期中物理試題）如圖所示，A、B、C三點(diǎn)為一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，，現(xiàn)在A、B兩點(diǎn)放置兩點(diǎn)電荷、，測(cè)得C點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向與AB平行，且水平向左，則以下判斷正確的是（）①帶正電②帶負(fù)電③帶正電④帶負(fù)電A.①③ B.①④ C.②③ D.②④【變式訓(xùn)練2】（云南省保山市昌寧縣20212022學(xué)年高二（上）期中考試物理試題）1.如圖所示，三個(gè)完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，a和c帶正電，b帶負(fù)電，a所帶電量比b少，則圖中能大致表示c受到a和b的靜電力的合力的是（）A.F1 B.F2 C.F3 D.F4【經(jīng)典例題3】（廣西桂林市第十九中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中質(zhì)量檢測(cè)物理試題）9.如圖所示，三個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2、q3固定在一直線上，q2與q3的距離為q1與q2的距離的2倍，每個(gè)電荷所受靜電力的合力均為零，由此可以判定，三個(gè)電荷的電量之比q1：q2：q3為A.9:4:9 B.4:9:4 C.9:4:36 D.4:9:36【變式訓(xùn)練3】（天津市第九中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）1.兩個(gè)可自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷分別放在A、B兩處，如圖，A處電荷帶正電Q1，B處電荷帶負(fù)電Q2，且Q2＝4Q1，另取一個(gè)可以自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷Q3放在AB直線上。欲使整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則（）A.Q3為負(fù)電荷，且放于A左方 B.Q3為負(fù)電荷，且放于B右方C.Q3為正電荷，且放于AB之間 D.Q3為正電荷，且放于B右方【經(jīng)典例題4】（多選）（云南省曲靖市羅平縣第五中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中考試物理試題）10.如圖所示，真空中有兩個(gè)可視為點(diǎn)電荷的小球，其中A帶正電電量為Q1，固定在絕緣的支架上，B質(zhì)量為m，帶電量為Q2，用長為L的絕緣細(xì)線懸掛，兩者均處于靜止，靜止時(shí)懸線與豎直方向成θ角，且兩者處在同一水平線上，相距為R，靜電力常量為ｋ，重力加速度為g。以下說法正確的是（）A.小球B帶正電荷 B.細(xì)線的拉力為mgcosθC.小球受到的庫侖力是mgtanθ D.小球受到的庫侖力是【變式訓(xùn)練4】（浙江省諸暨市海亮高級(jí)中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）3.如圖所示，兩根絕緣輕繩將兩個(gè)大小和材料均相同的帶正電小球（可視為質(zhì)點(diǎn)）系于同一點(diǎn)，A球靠在絕緣墻壁上，B球保持靜止?fàn)顟B(tài)。兩球所帶電荷量分別為QA=2q和QB=4q。現(xiàn)將B球與A球接觸后再次釋放，穩(wěn)定后兩球均靜止，下列說法中正確的是（）A.B球的電荷量不變B.輕繩對(duì)B球的拉力變大C.A、B兩球間庫侖力增大D.A、B兩球間距離增大【基礎(chǔ)過關(guān)】1.（安徽省淮南第一中學(xué)20202021學(xué)年高二（上）期中物理試題）1.關(guān)于點(diǎn)電荷，下列說法正確的是（）A.點(diǎn)電荷僅僅是一種理想化模型B.點(diǎn)電荷就是電荷量為的電荷C.只有體積很小的帶電體才能看成是點(diǎn)電荷D.當(dāng)帶電體帶電量很少時(shí)，可看成點(diǎn)電荷2.（云南省曲靖市羅平縣第五中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）2.以下說法正確是()A.一帶負(fù)電的金屬小球放在潮濕的空氣中，一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)該小球上帶的負(fù)電荷幾乎不存在了，這說明小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了B.元電荷的數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根測(cè)得的，元電荷跟一個(gè)電子電荷量數(shù)值相等C.只有體積很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷D.由公式知，當(dāng)真空中的兩個(gè)電荷間的距離r→0時(shí)，它們之間的靜電力F→∞3.（貴州省貴陽市清鎮(zhèn)養(yǎng)正學(xué)校20202021學(xué)年高二（上）第一次月考物理試題）3.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小球，分別掛在P1、P2、P3的位置，可觀察到小球在不同位置時(shí)絲線偏離豎直方向的角度不同．關(guān)于此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，下列說法中正確的是（）A.電荷之間作用力的大小與兩電荷的帶電性質(zhì)有關(guān)B.電荷之間作用力的大小與兩電荷間的距離有關(guān)C.電荷之間作用力的大小與兩電荷所帶的電量無關(guān)D.電荷之間作用力的大小與絲線的長度有關(guān)4.（北京市首都師范大學(xué)附屬蘋果園中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）2.真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力為F，如果保持它們所帶的電荷量不變，將它們之間的距離增大為原來的2倍，則它們之間作用力的大小等于（）A.F B.2F C. D.【能力提升】1.（天津市第四十三中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）14.兩個(gè)完全相同的小金屬球，它們帶異種電荷，電荷量之比為5∶1（皆可視為點(diǎn)電荷），它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x時(shí)相互作用力為F1，如果讓它們接觸后再放回各自原來的位置上，此時(shí)相互作用力變?yōu)镕2，則F1∶F2為（）A.5∶2 B.5∶4 C.5∶6 D.5∶82.（多選）（云南省曲靖市羅平縣第五中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）9.在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷，帶電量分別為、，相距為，它們之間的作用力為則（）A.若它們所帶的電量不變，距離變?yōu)椋瑒t它們之間的作用力變?yōu)锽.若它們所帶的電量不變，距離變?yōu)?，則它們之間的作用力變?yōu)镃.若它們之間的距離不變，電量都變?yōu)樵瓉淼?倍，則它們之間的作用力變?yōu)镈.若它們之間的距離不變，電量都變?yōu)樵瓉淼谋叮瑒t它們之間的作用力變?yōu)?.（北京市首都師范大學(xué)附屬蘋果園中學(xué)20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）8.有兩個(gè)點(diǎn)電荷，帶電荷量分別為Q和q，相距為d，相互作用力為F，為了使它們之間的作用力加倍，下列做法可行的是（）A.僅使Q加倍 B.僅使q減小為原來的一半C.使Q和q都加倍 D.僅使d減為原來的一半4.（多選）（福建省廈門外國語學(xué)校石獅分校20212022學(xué)年高二（上）期中物理試題）9.如圖所示，光滑絕緣的水平桌面上，固定著一個(gè)帶電荷量為的小球，帶電荷量分別為和的小球和，由絕緣細(xì)桿相連，靜止在桌面上，與相距，、和視為點(diǎn)電荷，下列說法正確的是（）A.與的距離大于LB.、和在同一直線上C.在產(chǎn)生的電場(chǎng)中，、處的電勢(shì)相同D.、及細(xì)桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零【培優(yōu)拔尖】1.（河北省唐山市20202021學(xué)年高一（下）期末物理試題）6.如圖所示，水平桌面上放置一電子秤。一絕緣支架放在電子秤上，上端固定一帶電小球，穩(wěn)定后電子秤示數(shù)為?，F(xiàn)將另一固定于絕緣手柄一端的不帶電小球與球充分接觸后，再移至小球正上方處，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，電子秤示數(shù)為。把小球移走使其恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，然后再將小球與小球充分接觸并重新移至球正上方處，電子秤示數(shù)為，若兩小球完全相同，則下列結(jié)論正確的是（）A B.