高中物理 第1章 第2節(jié) 庫(kù)侖定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第一章靜電場(chǎng) 第2節(jié)庫(kù)侖定律 1 通過(guò)演示實(shí)驗(yàn) 定性了解電荷之間的作用力大小與電荷量的多少以及電荷之間距離大小的關(guān)系 2 明確點(diǎn)電荷是個(gè)理想模型 知道帶電體簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件 感悟科學(xué)研究中建立理想模型的重要意義 3 知道庫(kù)侖定律的文字表述及其公式表述 通過(guò)靜電力與萬(wàn)有引力的對(duì)比 體會(huì)自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性 4 了解庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn) 要點(diǎn)一探究影響電荷間相互作用力的因素1 實(shí)驗(yàn)裝置與原理把一個(gè)絕緣的 帶正電的小球放在A處 另把一個(gè)帶正電的輕質(zhì)小球懸掛在絲線上 先后掛在P1 P2 P3等位置 如圖所示 小球所受帶電球A作用力的大小可以通過(guò)絲線偏離豎直方向的角度顯示出來(lái) 觀察小球在不同位置時(shí)絲線偏離豎直方向的角度 可以比較小球所受力的大小 再把小球掛在某個(gè)固定位置 增大或減小它所帶的電荷量 比較小球受力大小的變化 2 探究過(guò)程3 探究結(jié)果電荷之間的作用力隨著電荷量的增大而增大 隨著距離的增大而減小 2 對(duì)點(diǎn)電荷的理解 點(diǎn)電荷是只有電荷量 沒(méi)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)際上并不存在 一個(gè)帶電體能否看做點(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 有的同學(xué)誤認(rèn)為 大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷 小的帶電體一定能看成點(diǎn)電荷 辨析 一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷 并不在于它體積的大小 而是應(yīng)具體問(wèn)題具體分析 即使是大的帶電體 在一定條件下 也可以看成點(diǎn)電荷 即使是小的帶電體 在一定條件下也不一定能看成點(diǎn)電荷 2 庫(kù)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 電荷之間的這種作用力稱為靜電力 又叫做庫(kù)侖力 庫(kù)侖定律僅適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間靜電力的計(jì)算 對(duì)于不能看做點(diǎn)電荷的帶電體 不能直接應(yīng)用庫(kù)侖定律計(jì)算靜電力 對(duì)于兩個(gè)均勻帶電的球體 相距較遠(yuǎn)時(shí)也可視為點(diǎn)電荷 此時(shí)r是兩球心的距離 3 應(yīng)用庫(kù)侖定律解題應(yīng)注意的問(wèn)題 1 真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只跟兩電荷的電荷量及間距有關(guān) 跟它們的周圍是否有其他電荷等無(wú)關(guān) 2 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律 即兩帶電體間的庫(kù)侖力是一對(duì)作用力與反作用力 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 3 庫(kù)侖力也稱為靜電力 它具有力的共性 它與學(xué)過(guò)的重力 彈力 摩擦力是并列的 它具有力的一切性質(zhì) 它是矢量 合成分解時(shí)遵循平行四邊形定則 能與其他的力平衡 使物體發(fā)生形變 產(chǎn)生加速度 4 可將計(jì)算庫(kù)侖力的大小與判斷庫(kù)侖力的方向兩者分別進(jìn)行 即用公式計(jì)算庫(kù)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)值代入公式中從而算出力的大小 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 也可將Q1 Q2帶符號(hào)運(yùn)算 F為 表示斥力 F為 表示引力 4 庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的比較 1 庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律都遵從與二次平方成反比規(guī)律 人們至今還不能說(shuō)明它們的這種相似性 2 兩個(gè)定律列表比較如下 3 對(duì)于微觀的帶電粒子 它們之間的庫(kù)侖力要比萬(wàn)有引力大得多 電子和質(zhì)子的靜電引力F1是它們間萬(wàn)有引力F2的2 3 1039倍 正因如此 以后在研究帶電微粒間的相互作用時(shí) 可以忽略萬(wàn)有引力 當(dāng)彈性扭絲處于自然狀態(tài)時(shí) 調(diào)節(jié)螺絲 使A與C接觸 接著使C帶上電荷 因A C之間的斥力 使AB轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)A C間的斥力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與扭絲阻礙絕緣棒AB轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩達(dá)到平衡時(shí) AB就靜止在某一角度上 根據(jù)這一角度 便可測(cè)出帶電小球間的斥力 庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)中的思想方法1 根據(jù)庫(kù)侖扭秤原理可以測(cè)量較小的相互作用力 2 利用電荷在兩個(gè)相同金屬球之間等量分配的原理來(lái)控制帶電體的電荷量 就可以保證實(shí)驗(yàn)中金屬球的電荷量成倍變化 3 根據(jù)電荷在金屬球表面均勻分布的特點(diǎn) 把金屬球上的電荷想象成集中在球心的 點(diǎn)電荷 這樣可以解決測(cè)量帶電體之間距離的問(wèn)題 2 三個(gè)自由點(diǎn)電荷的共線平衡問(wèn)題若要使三個(gè)自由點(diǎn)電荷均處于平衡狀態(tài) 三個(gè)電荷的電荷量大小 電性關(guān)系及相對(duì)位置關(guān)系有如下特點(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) 它本身就不可能平衡 3 放在內(nèi)側(cè)的異種電荷B電荷量最小 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 可形象地概括為 三點(diǎn)共線 兩同夾異 兩大夾小 近小遠(yuǎn)大 即三個(gè)電荷必須在同一直線上 且中間近的電荷量小 與旁邊兩個(gè)為異種電荷 兩邊電荷靠近中間近的電荷量較小 遠(yuǎn)的電荷量較大 共線力的平衡問(wèn)題可用直接合成法處理 若為三個(gè)互成角度的力的平衡問(wèn)題 常用直接合成法 即兩個(gè)力的合力和第三個(gè)力等大反向 也可用正交分解法處理 若為多個(gè)互成角度的共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題 首先用正交分解法 也可用平行四邊形法 如圖所示 兩個(gè)半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上 兩球面最近距離為r 帶等量異種電荷 電荷量為Q 關(guān)于兩球之間的靜電力 下列選項(xiàng)中正確的是 分析 首先判斷兩個(gè)帶電球能否簡(jiǎn)化成點(diǎn)電荷 如不能簡(jiǎn)化成點(diǎn)電荷就不符合庫(kù)侖定律的適用條件 解析 兩球間的距離和球本身的大小差不多 不符合簡(jiǎn)化成點(diǎn)電荷的條件 因?yàn)閹?kù)侖定律的公式計(jì)算只適用于點(diǎn)電荷 所以不能用公式去計(jì)算 我們可以根據(jù)電荷間的相互作用的規(guī)律來(lái)做一個(gè)定性分析 由于兩帶電體帶等量異種電荷 電荷間相互吸引 答案 B 方法總結(jié) 帶電體能否簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷 是庫(kù)侖定律應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn) 另一個(gè)條件是 真空 中 一般沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下 都可按真空來(lái)處理 求解實(shí)際帶電體間的靜電力 可以把實(shí)際帶電體轉(zhuǎn)化為點(diǎn)電荷 再求解庫(kù)侖力 對(duì)于不要求定量計(jì)算的實(shí)際帶電體間的靜電力 可以用庫(kù)侖定律定性分析 變式訓(xùn)練1 1 答案 D 有三個(gè)完全相同的金屬小球A B C A帶電荷量為7Q B帶電荷量為 Q C不帶電 將A B固定起來(lái) 然后讓C球反復(fù)與A B接觸 最后移去C球 試問(wèn)A B間的庫(kù)侖力變?yōu)樵瓉?lái)的多少 解析 題中所說(shuō) C與A B反復(fù)接觸 隱含一個(gè)解題條件 即A B原先所帶電荷量的總和最后被三小球平分 方法總結(jié) 1 一類題型是兩定律的結(jié)合 需對(duì)電荷進(jìn)行電性的分析 2 另一類題型需對(duì)電荷在不同帶電體間接觸后電荷量的分配進(jìn)行定量分析 如圖所示 半徑相同的兩個(gè)金屬小球M N帶有電荷量相等的電荷 可視為點(diǎn)電荷 相隔一定距離 兩球之間的相互吸引力的大小是F 現(xiàn)讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球P先后與M N兩球接觸后移開(kāi) 這時(shí)M N兩球之間的相互作用力為 變式訓(xùn)練2 1 答案 A 2014 河北區(qū)模擬 如圖所示 A B兩個(gè)點(diǎn)電荷的電量分別為 Q和 q 放在光滑絕緣水平面上 A B之間用絕緣的輕彈簧連接 當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí) 彈簧的伸長(zhǎng)量為x0 若彈簧發(fā)生的均是彈性形變 則 A 保持Q不變 將q變?yōu)?q 平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量等于2x0B 保持q不變 將Q變?yōu)?Q 平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量小于2x0C 保持Q不變 將q變?yōu)?q 平衡時(shí)彈簧的縮短量等于x0D 保持q不變 將Q變?yōu)?Q 平衡時(shí)彈簧的縮短量小于x0 答案 B 方法總結(jié) 平衡 指帶電體加速度為零或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 仍屬于 靜力學(xué) 范疇 分析受力時(shí) 只是帶電體受的外力中多一項(xiàng)電場(chǎng)力而已 解題步驟為 1 明確研究對(duì)象 2 分析研究對(duì)象所受外力 其中的電場(chǎng)力要根據(jù)電荷的正 負(fù)及電場(chǎng)的方向來(lái)判定 3 根據(jù)平衡條件F合 0列方程 4 解方程 求出結(jié)果 如圖所示 大小可以不計(jì)的帶有同種電荷的小球A和B互相排斥 靜止時(shí)兩球位于同一水平面 絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角分別為 和 且 由此可知 A B球帶的電荷量較多B B球質(zhì)量較大C B球受的拉力較大D 兩球接觸后 再靜止下來(lái) 兩絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角變?yōu)?則仍有 變式訓(xùn)練3 1 答案 D 解析 C球存在時(shí)兩懸線都處于豎直方向 A B兩球處于受力平衡狀態(tài) 說(shuō)明A B兩球帶異種電荷 移走C球 A B兩球相互吸引 隔離分析A球或B球 庫(kù)侖力屬于相互作用力 質(zhì)量大的小球 懸線與豎直方向的夾角小 故A選項(xiàng)正確 答案 A 方法總結(jié) 庫(kù)侖定律給出了兩個(gè)點(diǎn)電荷作用力的大小及方向 庫(kù)侖力畢竟也是一種力 同樣遵循力的合成與分解法則 遵循共點(diǎn)力平衡條件 牛頓定律等力學(xué)基本規(guī)律 因此 處理庫(kù)侖力問(wèn)題實(shí)際就是力學(xué)規(guī)律方法的合理遷移 一根置于水平面上的光滑玻璃管 絕緣體 內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的彈性金屬球A B 帶電量分別為9Q和 Q 從圖中所示位置由靜止開(kāi)始釋放 一切摩擦均不計(jì) 問(wèn) 兩球再次經(jīng)過(guò)圖中位置時(shí) 兩球的加速度是釋放時(shí)的多少倍 變式訓(xùn)練4 1 答案 16 9倍 1 2014 揚(yáng)州模擬 關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法 正確的是 A 只有體積很小的電荷 才能作為點(diǎn)電荷B 體積很大的電荷 一定不能作為點(diǎn)電荷C 點(diǎn)電荷一定是帶電量很小的電荷D 兩個(gè)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 解析 點(diǎn)電荷屬于理想化的物理模型 帶電體看作點(diǎn)電荷的條件 當(dāng)一個(gè)帶電體的形狀及大小對(duì)它們間相互作用力的影響可忽略時(shí) 這個(gè)帶電體可看作點(diǎn)電荷 是由研究問(wèn)題的性質(zhì)決定的 與自身大小形狀無(wú)具體關(guān)系 故D選項(xiàng)正確 答案 D 答案 B 答案 B 4 如圖所示 等邊三角形ABC 邊長(zhǎng)為L(zhǎng) 在頂點(diǎn)A B處有等量異種點(diǎn)電荷QA QB QA Q QB Q 求在頂點(diǎn)C處的點(diǎn)電荷QC所受的靜電力 靜電力常量為k 解析 當(dāng)QC為正電荷時(shí) 受力情況如圖所示 QA QB對(duì)QC的作用力大小和方向都不因其他電荷的存在而改變 仍然遵守庫(kù)侖定律 答案 見(jiàn)解析