人教版_选修1-1_一、电荷 库仑定律课件36张PPT

库仑定律
第一章　静电场
学习目标
知识探究
典例精析
达标检测
1.了解电荷之间的作用力与电荷量及电荷间距离的关系.
2.知道点电荷的概念.
3.理解库仑定律的内容及公式，会用库仑定律进行有关的计算.
4.了解库仑扭秤实验．
一、探究影响电荷间相互作用力的因素
知识探究
导学探究
O是一个带正电的物体，把系在丝线上的带正电的小球先后挂在图1中P1、P2、P3等位置．
图1
(1)保持小球的带电荷量不变，将悬点由P1依次移至P3，小球所受作用力大小如何变化？说明什么？
答案　小球受力大小逐渐减小，说明带电体间的作用力随距离的增大而减小．
图1
答案
(2)若保持小球位置不变，增大或减小小球所带的电荷量，小球所受作用力的大小如何变化？说明什么？
图1
答案　增大小球所带的电荷量，小球受到的作用力增大；减小小球所带的电荷量，小球受到的作用力减小．
说明电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大．
答案
知识梳理
实验结论
电荷之间的相互作用力随电荷量的增大而 ，随它们之间距离的增大而 ．
增大
减小
答案
即学即用
(多选)用控制变量法，可以研究影响电荷间相互作用力的因素.如图1所示，O是一个带电的物体，系在丝线上的带电小球所受带电物体的作用力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来.若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示.则以下对该实验现象的判断正确的是(　　)
图1
A.保持Q、q不变，增大d，则θ变大，说明F随d的增大而增大
B.保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F随d的减小而增大
C.保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F随q的减小而减小
D.保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比
解析　保持Q、q不变，增大d，θ变小，F变小，减小d，θ变大，F变大.故A错误，B正确；
保持Q、d不变，减小q，θ变小，F变小，故C正确；
保持q、d不变，减小Q，θ变小，F变小，但不能确定是正比关系.故D错误.
答案　BC
解析答案
二、库仑定律
导学探究
(1)什么是点电荷？实际带电体看成点电荷的条件是什么？
答案　点电荷是用来代替带电体的点，当带电体的形状、大小及电荷分布对作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷.
答案
(2)库仑利用扭秤实验研究电荷间的相互作用，该装置利用什么方法显示力的大小？通过实验，两带电体间的作用力F与距离r的关系如何？实验的巧妙体现在何处？
答案　该装置通过悬丝扭转的角度来比较力的大小，力越大，悬丝扭转的角度越大，力F与距离r的二次方成反比：F∝ .实验的巧妙之处：①利用悬丝的扭转角度把力放大；②利用相同球体接触平分电荷解决了无法测量电荷量的问题.
答案
知识梳理
对库仑定律的理解
(1)点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小 ，以致带电体的 、 及 对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看成带电的点，叫做 .
(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，与它们的电荷量的乘积成 ，与它们的距离的 成反比，作用力的方向在_____
.
大得多
形状
大小
电荷分布状况
点电荷
正比
二次方
它们
的连线上
答案
②公式：F＝ ，其中k＝ N·m2/C2，叫做静电力常量.
③适用条件：a. ；b. .
(3)静电力的叠加：
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改变.某点电荷受到的作用力等于其他点电荷单独对这个点电荷的作用力的 .
9.0×109
在真空中
点电荷
矢量和
答案
即学即用
关于库仑定律，下列说法中正确的是 (　　)
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
B.根据F＝ ，当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大
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
解析答案
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解析　点电荷是实际带电体的近似，只有带电体的大小和形状对电荷的作用力影响很小时，实际带电体才能视为点电荷，故选项A错误；
当两个电荷之间的距离趋近于零时，不能再视为点电荷，公式F＝
不能用于计算此时的静电力，故选项B错误；
q1和q2之间的静电力是一对相互作用力，它们的大小相等，故选项C错误；
库仑定律与万有引力定律的表达式相似，研究和运用的方法也很相似，都是平方反比定律，故选项D正确.
答案　D
返回
一、对点电荷的理解
典例精析
例1　下列关于点电荷的说法中，正确的是(　　)
A.只有电荷量很小的带电体才能看成是点电荷
B.体积很大的带电体一定不能看成是点电荷
C.当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体
看成点电荷
D.一切带电体都可以看成是点电荷
解析　能否把一个带电体看成点电荷，关键在于我们分析时是否考虑它的体积大小和形状.能否把一个带电体看做点电荷，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定.若它的体积和形状可不予考虑时，就可以将其看成点电荷.故选C.
C
解析答案
方法提升
方法提升
(1)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)带电体能否看做点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的形状、大小与距离相比能否忽略.即将带电体看做点电荷的前提条件是带电体间的距离远大于带电体本身的尺寸.
二、库仑定律的理解与应用
例2　甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径远小于10 cm.(结果保留三位有效数字)
(1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？
解析　因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑.由库仑定律可求F＝ ＝9.0×109× N≈1.38
×10－19 N.两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力.
答案　1.38×10－19 N　引力
解析答案
(2)将两个导体球相互接触一会儿，再放回原处，其作用力能求出吗？是斥力还是引力？
解析　将两个导体球相互接触，首先正、负电荷相互中和，还剩余(4.8－3.2)×10－16 C的正电荷，这些正电荷将重新在两导体球间分配.由于题中并没有说明两个导体球是否完全一样，因此我们无法求出力的大小，但可以肯定两球放回原处后，它们之间的作用力变为斥力.
答案　不能　斥力　
解析答案
(3)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？
解析　如果两个导体球完全相同，则电荷中和后平分，每个小球的带电荷量为0.8×10－16 C，代入数据得两个电荷之间的斥力为F＝5.76×10－21 N.
答案　5.76×10－21 N　斥力
解析答案
总结提升
总结提升
(1)库仑定律适用于点电荷间的相互作用，当r→0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用.
(2)两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三定律.不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大.
(3)用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷q1、q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入即可；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别.
解析答案
三、多个电荷间静电力的叠加
总结提升
例3　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，则它所受的库仑力的大小和方向如何？
图2
解析　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.
＝8.0×10－21 N，
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库仑力F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB连线由B指向A.
答案　8.0×10－21 N　方向平行于AB连线由B指向A
总结提升
总结提升
当多个带电体同时存在时，每两个带电体间的库仑力都遵守库仑定律.某一带电体同时受到多个库仑力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力.这就是库仑力的叠加原理.
针对训练　如图3所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带正电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示，那么可以判定点电荷C所带电荷的电性(　　)
A.一定是正电
B.一定是负电
C.可能是正电，也可能是负电
D.无法判断
图3
解析答案
解析　因A、B都带正电，所以静电力表现为斥力，即B对A的作用力沿BA的延长线方向，而不论C带正电还是带负电，A和C的作用力方向都必须在AC连线上，由平行四边形定则知，合力必定为两个分力的对角线，所以A和C之间必为引力，所以C带负电，故选B.
答案　B
解析答案
四、静电力作用下的平衡问题
归纳总结
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例4　两个质量分别是m1、m2的小球，各用丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度θ1、θ2，如图4所示，此时两个小球处于同一水平面上，则下列说法正确的是(　　)
图4
A.若m1＞m2，则θ1＞θ2 B.若m1＝m2，则θ1＝θ2
C.若m1＜m2，则θ1＞θ2 D.若q1＝q2，则θ1＝θ2
解析　以m1为研究对象，对m1受力分析如图所示.
由共点力平衡得
FTsin θ1＝F库①
FTcos θ1＝m1g②
因为不论q1、q2大小如何，两带电小球所受库仑力属于作用力与反作用力，永远相等，故从tan θ＝ 知，m大，则tan θ小，θ也小(θ＜ )，m相等，θ也相等，故选项B、C正确.
答案　BC
归纳总结
归纳总结
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分析带电体在静电力作用下的平衡问题时，方法仍然与力学中物体的平衡问题分析方法相同，常用方法有合成法和正交分解法.
达标检测
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3
4
解析答案
1.(多选)下列说法中正确的是(　　)
A.点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的
B.点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体
C.两带电量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式F
＝ 计算
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
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解析　点电荷是一种理想化模型，一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是应具体问题具体分析，是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计.因此大的带电体一定不能看成点电荷和小的带电体一定能看成点电荷的说法都是错误的，所以本题A、D对.
答案　AD
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2.两个分别带有电荷量－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，它们间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为 ，则小球间库仑力的大小变为(　　)
故选C.
C
解析答案
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3.如图5所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍.若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是(　　)
图5
解析答案
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解析　由于a、b两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又l＝3r，不满足l?r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠ .虽然不满足l?r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引＝ .故选D.
答案　D
解析答案
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4.如图6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.
图6
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解析　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.
因为QA＝QB＝＋Q，所以FA＝FB，
本课结束