鲁科版高中物理必修第三册第1章静电力与电场强度第2节库仑定律课件（65页ppt）

(共65张PPT)
第1章　静电力与电场强度
第2节　库仑定律
核心素养：1.知道点电荷的概念和带电体简化为点电荷的条件. 2.理解库仑定律的内 容和公式. 3.通过与质点模型类比，体会带电体简化为点电荷的条件. 4.掌握库仑定 律公式，会计算电荷所受库仑力的大小. 5.体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方 法，体会物理学的和谐统一之美，提高学习物理的兴趣.
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研习任务一　点电荷
　　提示：点电荷是理想模型，体积能否被忽略是相对而言，由实际问题决定，而不 是体积小就一定可以视为点电荷、体积大就一定不能视为点电荷.
小　
可忽略　
电荷量　
大小　
核心　归纳
对点电荷的理解
（1）理想化模型：点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力 学中的质点，实际中并不存在.
（2）点电荷的条件：带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和 形状下结论.如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就 可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷.
A. 两个带电体无论多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就 可以看作点电荷
B. 一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷
C. 一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷
D. 两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理
AD
[解析]　无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时， 带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，选项A正 确，C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问 题的影响不能忽略，两带电体也不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小 球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静 电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若带异种 电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离，因此，选项D正确.
名师点评
对点电荷的两点理解
（1）带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的大小、形状 与距离相比能否忽略.
（2）同一带电体，在不同问题中有时可以看作点电荷，有时不可以看作点电荷.
A. 体积很大的带电体不能看作点电荷
B. 只有体积很小的带电体才能看作点电荷
C. 只要是均匀的球形带电体，不管球的大小，都能被看作点电荷
D. 当两个带电体的形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都 能看作点电荷
解析：带电体能否看作点电荷是由所研究问题的性质决定的，与自身大小、形状无直 接关系，故A、B、C错误；当两个带电体的形状对它们之间的相互作用力的影响可忽 略时，这两个带电体可看作点电荷，故D正确.
D
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研习任务二　两点电荷间的静电力
合作　讨论
　　如图所示，一带正电的物体位于M处，用绝缘丝线系上带正电的相同的小球，分 别挂在P1、P2、P3的位置，可观察到小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度不 同.此实验得出的结论是什么？
　　提示：在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量的方法进行，如 本实验，根据小球的偏角可以看出小球所受静电力逐渐减小，由于没有改变电性和电 荷量，不能研究电荷之间作用力和电性、电荷量关系，故得出的实验结论是：电荷之 间作用力的大小与两电荷间的距离有关.
教材　认知
1. 静电力
（1）定义： 间的相互作用力.
（2）影响静电力大小的因素：两带电体的形状、大小、 、电荷分 布、 等.
2. 库仑定律
（1）内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量 Q1、Q2的乘积成 ，与它们的距离r的二次方成 ；作用力的方向沿着 它们的 ，同种电荷相互排斥，异种电荷相互 .
电荷　
电荷量　
二者间的距离　
正比　
反比　
连线　
吸引　
静电力常量　
[思考]　将两个带电泡沫小球通过绝缘细线悬挂起来，让它们分别带上异种电荷和同 种电荷，通过观察可发现异种电荷相互吸引，同种电荷相互排斥.请问作用力的大小 与什么因素有关？
　　提示：两个带电小球间的库仑力与它们所带电荷量以及距离有关.
核心　归纳
1. 对库仑定律的理解
（1）静电力也叫库仑力，是性质力，不是效果力，它与重力、弹力、摩擦力一样具 有力的一切特性.
（2）真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个电荷的电荷量及间距有 关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关.
（3）两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，与两个电荷的性质、带电多少 均无关，即作用力与反作用力总是等大反向的.
C. －F D. F
B
名师点评
静电力的确定方法
静电力的大小计算和方向判断一般分开进行.
（1）大小计算：利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性的正、负号代入公式， 只代入q1、q2的绝对值即可.
（2）方向判断：利用同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断.
B
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研习任务三　静电力的叠加
矢量和　
核心　归纳
（1）静电力具有力的一切性质，静电力叠加原理实际就是力叠加原理的一种具 体表现.
（2）静电力的合成与分解满足平行四边形定则，如图所示.
A. 0
D
名师点评
静电力叠加的计算技巧与要求
（1）静电力叠加遵循平行四边形定则，先求出点电荷所受的每一个静电力，再应用 平行四边形定则求合力.
（2）注意两个等大的力的合成，合力一定沿其角平分线方向，可利用对称性求解.
（3）计算静电力时，不但要求出静电力的大小，还要说明静电力的方向.
D
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研习任务四　库仑力作用下带电体的平衡
核心　归纳
分析静电力作用下点电荷的平衡问题时，方法仍然与力学中分析物体的平衡方法一 样，具体步骤如下：
（1）确定研究对象：如果有几个物体相互作用时，要依据题意，用“整体法”或 “隔离法”选取合适的研究对象.
（3）根据F合＝0列方程，若采用正交分解，则有Fx＝0，Fy＝0.
（4）解方程求出未知量.
研习　经典
[典例4]　如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两点电荷A、B，相距L，问：
（1）若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？
见解析
（2）若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于 平衡状态？
见解析
名师点评
在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题
（1）条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反.
（2）规律
　　即“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上；“两同夹异”——两侧的 点电荷电性相同，中间的点电荷的电性一定与两侧的相反；“两大夹小”——中间电 荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷.
A. a球的质量一定比b球的大
B. a球的电荷量一定比b球的大
C. a球受到的库仑力比b球的小
D. 丝线对a球的拉力比对b球的小
A
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课后提素养
基础　题组
×
×
×
×
√
√
A. 3∶1 B. 1∶3
C. 1∶1 D. 不能确定
C
A. 变大 B. 变小
C. 不变 D. 都有可能
解析：点电荷A、B间的相互作用力（库仑力）的大小只与A、B的电荷量及距离有 关，与其他因素无关，C正确.
C
A. 点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是可以在自然界找到的
B. 点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体
D. 一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所 研究的问题的影响是否可以忽略不计
D
解析：点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷实际上并不存在，选项A错误；当两 个带电体的形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电 荷，与体积大小无直接关系，选项B错误；库仑定律只适用于真空中的静止的点电 荷，当距离很小时，带电体不能再看作点电荷，故库仑定律不再适用，选项C错误； 一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究 的问题的影响是否可以忽略不计，选项D正确.
C. F D. 3F
B
A. 9.9×10－4 N B. 9.9×10－3 N
C. 1.17×10－4 N D. 2.7×10－4 N
A
规定沿这条直线由A指向C为正方向，则点电荷A受到的合力大小为
FA＝FBA－FCA＝（1.08×10－3－9×10－5） N＝9.9×10－4 N，故选项A正确.
B
5. 如图所示，带电荷量分别为qa、qb、qc的小球a、b、c（均可视为点电荷），固定在 等边三角形的三个顶点上，a球所受库仑力的合力F方向垂直于a、b的连线，则：
（1）a、b间为 ，a、c间为 .（均填“引力”或“斥力”）
解析：（1）设等边三角形的边长为r，由题意可知a球所受库仑力的合 力F方向垂直于a、b的连线向下，故b对a为向右的引力，c对a为斜向左 下的斥力.
引力
斥力
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课时作业
[基础训练]
A. 库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体
C. 若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力
D. 库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律
D
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A. 两球都带正电
B. 两球都带负电
C. 大球受到的静电力大于小球受到的静电力
D. 两球受到的静电力大小相等
解析：由题图可知，两带电球相互排斥，则说明两球一定带有同种电荷，但不能确定 是正电荷还是负电荷，故A、B错；两带电球间的静电力具有一般力的共性，符合牛 顿第三定律，故选项C错，D对.
D
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A. F1 B. F2 C. F3 D. F4
解析：由题意知c受a的斥力为F斥，受b的吸引力为F引，若F斥＝F引，则两力的合力水 平向右，由于F引＞F斥，则c球所受电场力的合力应为F2，B正确.
B
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A. θ1＞θ2 B. θ2＞θ1
C. θ1＝θ2 D. 无法确定
C
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A. 甲为正电荷，乙为负电荷，q1∶q2＝2∶1
B. 甲为正电荷，乙为负电荷，q1∶q2＝1∶2
C. 甲为负电荷，乙为正电荷，q1∶q2＝2∶1
D. 甲为负电荷，乙为正电荷，q1∶q2＝1∶2
B
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解析：设置于B点试探电荷为＋q，A点固定有一个正点电荷＋Q，正六边形边长为L. 若甲为负电荷，乙为正电荷，置于B点试探电荷的受力分析如下图所示
由图可知，试探电荷不能处于静止状态，故C、D错误.若甲为正电荷，乙为负电荷， 试探电荷受力分析如下图所示
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B. 16F
C
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C
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解析：根据题意，三个负电荷分布如图所示
则任意一个负电荷受到另外两个负电荷的库仑力的合力大小为
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8. 把质量为2.0 g的带负电的小球A用绝缘细绳悬挂起来，若将带电荷量为Q＝ 4.0×10－6 C的带电小球B推近小球A，如图所示.当两个带电小球在同一高度且相距 30 cm时，绳与竖直方向恰成45°角.取g＝10 m/s2，静电力常量k取9.0×109 N·m2/C2 ，小球A、B可看成点电荷，求：
（1）A球受的库仑力大小；
0.02 N
解析：（1）对A球进行受力分析，如图所示，则F库 ＝mg tan 45°＝0.02 N.
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（2）A球所带电荷量.
5×10－8 C
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[能力提升]
A. P、Q一定带异种电荷，且Q的电荷量一定等于P的电荷量
C. 水平面对斜面底部有水平向右的静摩擦力
D. 水平面对斜面的支持力等于（M＋m1＋m2）g
BD
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A. a、b小球一定带同种电荷
B. a、c小球可能带同种电荷
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11. 如图所示，质量为m的小球A穿在光滑绝缘细杆上，杆的倾角为α，小球A带正电 （可视为点电荷），电荷量为q.在杆上B点处固定一个电荷量为Q的正点电荷.将A由 距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变.整个装置处在真空 中，已知静电力常量k和重力加速度g.求：
（1）A球刚释放时的加速度是多大；
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（2）当A球的动能最大时，A球与B点间的距离d.
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