高中物理 沪科版 选修1-1 1.2探究电荷相互作用规律 课件25张PPT

第一章　
学案2　探究电荷相互作用规律
目标定位
1.知道点电荷的概念.
2.理解库仑定律的内容、公式及其适用条件，会用库仑定律进行有关的计算．
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内容索引
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达标检测
知识探究
1
一、库仑定律
1.如图1所示，用摩擦起电的方法分别让球形导体A和通草球B带上同种电荷，并使球形导体A与通草球B处在同一水平面上．
图1
(1)使通草球B处于同一位置，增大或减小其所带的电荷量，通草球B所受作用力的大小如何变化？
答案
增大通草球B所带的电荷量，其受到的作用力增大；减小通草球B所带的电荷量，其受到的作用力减小．
(2)保持导体A和通草球B的电荷量不变，改变两者之间的距离，通草球B所受作用力的大小如何变化？
答案
两者距离增大，作用力变小；距离减小，作用力变大．
(3)以上说明，哪些因素影响电荷间的相互作用力？这些因素对作用力的大小有什么影响？
答案
电荷量和电荷间的距离．电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着电荷间距离的增大而减小．
2.库仑研究电荷间相互作用的装置叫库仑扭秤，该装置是利用什么方法显示力的大小？通过库仑的实验，两带电体间的作用力F与距离r的关系如何？
答案
要点总结
1.库仑定律： 两个静止的点电荷之间相互作用力的大小，跟它们的电荷量q1与q2的乘积 ，跟它们的 成反比，作用力的方向沿着它们的连线.表达式：F＝ .式中的k为静电力常量，数值为k＝ .
2.库仑定律的适用范围： .
真空中
成正比
距离r的平方
9.0×109 N·m2/C2
真空中的点电荷
3.点电荷是只有电荷量，没有 、 的带电体，是一种理想化的物理模型.当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、大小及 状况对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷.
大小
形状
电荷分布
1.有人说：“点电荷是指带电荷量很小的带电体”，对吗？为什么？
答案
不对.点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的带电体，是一种理想化的物理模型.当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷.一个物体能否被看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状而定.
延伸思考
延伸思考
答案
从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析却是错误的.因为当r→0时，两带电体已不能看做点电荷，库仑定律不再适用了.
典型例题
例1　两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间静电力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为 ，则两球间静电力的大小为
答案
解析
√
针对训练　有三个完全相同的金属小球A、B、C，A所带电荷量为＋7Q，B所带电荷量为－Q，C不带电.将A、B固定起来，然后让C反复与A、B接触，最后移去C，A、B间的相互作用力变为原来的
答案
解析
√
C与A、B反复接触，最后A、B、C三者所带电荷量均分，
二、静电力的叠加
已知空间中存在三个点电荷A、B、C，A对C的静电力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？如何求A、B对C的作用力？
答案
A对C的静电力不受B的影响，A、B对C都有力的作用，A、B对C的作用力等于A、B单独对C的作用力的矢量和.
1.如果存在两个以上点电荷，那么每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力.两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变.因此，某点电荷受到的作用力，等于 对这个点电荷的作用力的 .
2.任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的.所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和 定则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向.
要点总结
其他点电荷单独
矢量和
平行四边形
典型例题
例2　如图2所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C．在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m．如果有一高能电子静止放在C点处，则它所受的静电力的大小和方向如何？
答案
解析
8.0×10－21 N　方向平行于AB连线由B指向A
图2
电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示．
由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的高能电子受到的静电力F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线由B指向A.
例3　如图3所示，两个点电荷，电荷量分别为q1＝4×10－9 C和q2＝－9×10－9 C，分别固定于相距20 cm的a、b两点，有一个点电荷q放在a、b所在直线上且静止不动，该点电荷所处的位置是
A.在a点左侧40 cm处
B.在a点右侧8 cm处
C.在b点右侧20 cm处
D.无法确定
答案
解析
图3
√
例3　如图3所示，两个点电荷，电荷量分别为q1＝4×10－9 C和q2＝－9×10－9 C，分别固定于相距20 cm的a、b两点，有一个点电荷q放在a、b所在直线上且静止不动，该点电荷所处的位置是
A.在a点左侧40 cm处
B.在a点右侧8 cm处
C.在b点右侧20 cm处
D.无法确定
答案
解析
图3
√
达标检测
2
1.(对点电荷的理解)(多选)对点电荷的理解，你认为正确的是
A.点电荷可以是带电荷量很大的带电体
B.点电荷的带电荷量可能是2.56×10－20 C
C.只要是均匀的球形带电体，不管球的大小，都能被看做点电荷
D.当两个带电体的形状对它们的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电
体都能看做点电荷
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3
4
答案
解析
√
√
能否把一个带电体看做点电荷，不是取决于带电体的大小、形状等，而是取决于研究问题的实际需要，看带电体的形状、大小和电荷分布情况对电荷之间的作用力的影响是否可以忽略.
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2.(库仑定律的理解与应用)相隔一段距离的两个点电荷，它们之间的静电力为F，现使其中一个点电荷的电荷量变为原来的2倍，同时将它们间的距离也变为原来的2倍，则它们之间的静电力变为
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3
4
答案
解析
√
3.(静电力的叠加)如图4所示，等边三角形ABC，边长为L，在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB，QA＝QB＝＋Q，求在顶点C处的正点电荷QC所受的静电力.
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4
图4
答案
解析

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4
正点电荷QC在C点的受力情况如图所示，QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变，仍然遵守库仑定律.
4.(静电力的叠加)如图5所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9 C、QB＝－4×10－9 C、QC＝＋3×10－9 C的A、B、C点电荷，试求作用在点电荷A上的静电力的大小.
答案
解析
1
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4
9.9×10－4 N
图5
A受到B、C电荷的静电力如图所示，根据库仑定律有
1
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3
4
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.