物理：1.2 探究静电力 课件（粤教版选修3-1）

(共37张PPT)
第二节　探究静电力
课标定位
学习目标：1.正确理解点电荷的模型，知道实际带电体能看成点电荷的条件．
2．掌握库仑定律的内容及公式，理解库仑定律的适用条件．
3．运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题．
重点难点：库仑定律的内容及公式的理解和应用．
一、点电荷
1．点电荷：如果一个带电体，它本身的______比起它到其他带电体的_________小得多，那么在研究它与其他带电体的相互作用时，可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况，把它抽象成一个几何点．这带电的几何点称为点电荷．
大小
距离
2．理想模型：理想模型方法是物理学常用的研究方法．当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下可以抓住____________，忽略____________，将研究对象抽象为理想模型．
说明：点电荷是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看成点电荷．点电荷是一个理想化模型，体现了物理学中抓主要因素、忽略次要因素的思想方法．
主要因素
次要因素
二、库仑定律
1．探究方法：控制变量法
(1)探究电荷间的作用力的大小跟距离的关系：
电荷量不变时，电荷间的距离增大，作用力______；距离减小时，作用力_______．
(2)探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系：
电荷间距离不变时，电荷量增大，作用力____；电荷量减小，作用力_________．
减小
增大
增大
减小
2．库仑定律
(1)内容：在__________两个________之间的作用力，跟它们的电荷量的________成正比，跟它们间的距离的__________成反比．作用力的方向在它们的___________．
(2)公式：________.
(3)静电力常量k＝__________________.
(4)适用条件：真空中的_____________．
真空中
点电荷
乘积
二次方
连线上
9.0×109 N·m2/C2
点电荷
F＝
思考感悟
现有一个半径为20 cm的带电圆盘，问能否把它看成点电荷？
提示：能否把带电圆盘看成点电荷，不能只看大小，要视具体情况而定．若考虑它与10 m远处的一个电子的作用力时，完全可以把它看成点电荷；若电子距圆盘只有1 mm时，这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面，而不能看成点电荷．
核心要点突破
一、点电荷概念的理解
1．点电荷是物理模型
只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在．
2．带电体看成点电荷的条件
如果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和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，只保留对问题有关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷．这样处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，是物理学上经常用到的方法．
3．点电荷只具有相对意义
一个带电体能否看成点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．
4．注意区分点电荷与元电荷
(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位．
(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电量的整数倍．
特别提醒：(1)点电荷与力学中的质点类似，是在研究复杂物理问题时引入的一种理想化模型．
(2)不少物理问题都与较多的因素有关，要研究其与所有因素的关系是很困难的，抓住主要因素构建物理模型，才可以简化研究的过程．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)下列关于点电荷的说法中，正确的是(　　)
A．体积大的带电体一定不是点电荷
B．当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看成点电荷
C．点电荷就是体积足够小的电荷
D．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体
解析：选B.带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论，故A、C、D错．一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷．故B正确．
2．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
在两电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸．
3．只有采用国际单位，k的值才是9.0×109 N·m2/C2.
4．库仑定律严格适用于真空中两个点电荷的相互作用，但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷，r应指两球体的球心距．
5．对于不能视为点电荷的物体间的库仑力不能随便用库仑定律求解，要视具体情况而定．
?特别提醒：(1)在应用库仑定律时，不能只从数学的角度进行分析，要结合库仑定律成立的条件进行分析．
(2)库仑定律与万有引力定律十分相似，学习时可用类比方法，两者的相似性揭示了大自然的和谐美和多样美．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．有三个完全一样的球A、B、C，A球带电荷量为7Q，B球带电荷量为－Q，C球不带电，将A、B两球固定，然后让C球先跟A球接触，再跟B球接触，最后移去C球，则A、B球间的作用力变为原来的多少？
课堂互动讲练
例1
(单选)如图1－2－1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是球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电量的绝对值均为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(　　)
库仑定律的适用条件
图1－2－1
【答案】　D
【方法总结】　由于对万有引力定律和库仑定律的适用条件理解不深，常会出现以下错解：
(1)认为a、b既可以看成质点，也可以看成点电荷，万有引力定律和库仑定律都适用，误选A.
(2)认为a、b既不能看成质点，也不能看成点电荷，万有引力定律和库仑定律都不适用，误选B.
在真空中有两个相距r的点电荷A和B，带电荷量分别为q1＝－q，q2＝4q.
(1)若A、B固定，在什么位置放入第三个点电荷q3，可使之处于平衡状态，平衡条件中对q3的电荷量及正负有无要求？
(2)若以上三个电荷皆可自由移动，要使它们都处于平衡状态，对q3的电荷量及电性有何要求？
(3)若q1＝q，第(2)问中的答案又如何？
例2
共线的三个点电荷的平衡问题
图1－2－2
图1－2－3
【答案】　见精讲精析
【方法总结】　要三个可自由移动的点电荷受库仑力平衡，则三个点电荷一定在一条直线上，且同种电荷在两边，中间为异种电荷，中间电荷量最小，旁边与中间的距离近，电量应小，距离远电量应大，可简单记为“同夹异、大夹小、近小远大”．
如图1－2－4所示，A、B、C三点为一直角三角形的三个顶点，∠B＝30°.现在A、B两点放置两点电荷qA、qB，测得在C处正点电荷受静电力方向与AB平行向左，则A带______电，qA∶qB＝________.
例3
静电力的叠加问题
图1－2－4
【思路点拨】　先选择其中一个物体作为研究对象，再进行受力分析，根据受力情况列式求解．
【自主解答】　正电荷在C处受qA、qB的库仑力作用，方向一定在A、C和B、C连线上，要使合力水平向左，C受A的作用必定为引力，受B的作用必定为斥力，所以A带负电，B带正电，由受力分析图得
图1－2－5
【答案】　负　1∶8
变式训练　两个正电荷q1和q2电量都是3 C，静止于真空中的A、B两点，相距r＝2 m.
(1)在它们的连线AB的中点O放入正电荷Q，求Q受的静电力．
(2)在它们连线上A点左侧P点，AP＝1 m，放置负电荷q3，q3＝－1 C，求q3所受静电力．
答案：(1)零　(2)3×1010 N，方向向右