9.2库仑定律 学案 Word版含答案

第2节　库仑定律
学习目标
1.通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系。
2.明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件。
3.了解库仑扭秤实验。
4.掌握库仑定律的文字表达及公式表达。
自主预习
1.自然界中存在　　　　、　　　　两种电荷,同种电荷　　　　,异种电荷　　　　。?
2.万有引力定律的公式　　　　,其中引力常量为　　　　。?
课堂探究
1.[实验演示]演示维氏起电机,回答问题。
观察现象:同种电荷相互　　　　,异种电荷相互　　　　。?
提出问题:电荷间的相互作用力遵循什么规律?
大胆猜想:影响电荷间相互作用力的因素有　　　　　　　　　　　　。?
2.[定性探究]如图所示,探究影响电荷间相互作用力的因素
表1
操作 现象 结论
保持　　　　不变减小　　　　? 悬线与竖直方向的夹角　　　? 两球间作用力随　　　　的减小而　　　　?
保持　　　　不变减小　　　　? 悬线与竖直方向的夹角　　　? 两球间作用力随　　　　的减小而　　　　?
　　3.[定量探究]
表2电荷间作用力F与电荷量q1的关系
电荷电荷量q1 q1 q1 q1 q1 q1
作用力F/9.8×10-3 N




　　在误差允许范围内,电荷间作用力F与　　　　成正比,即F∝　　　　。?
表3电荷间作用力F与电荷间距离r的关系
电荷间距离r/m 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
/m-1 33.33 25.00 20.00 16.67 14.29 12.50
/m-2 1 111 625 400 278 204 156
作用力F/9.8× 10-3 N





在误差允许范围内,电荷间作用力F与　　　　成反比,即F∝　　　　。?
4.[数理推演]
结合牛顿第三定律,F∝　　　　。?
综合以上结论,F∝　　　　。改写为等式,F=　　　　。?
5.[形成理论]真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的　　　　　　成正比,与它们的　　　　　　　　成反比,作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律,电荷间的相互作用力叫作静电力或库仑力。?
公式:F=　　　　　　,其中k=　　　　　　　　。?
方向:　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
成立条件:　　　　　　　　　　　　　　　。?
[例题展示]
【例题1】氢原子核(即质子)的质量是1.67×10-27 kg,电子的质量是9.1×10-31 kg,在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m。试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力。
【变式训练1】如图所示,两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b,其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支架上,两球心间的距离为l,为球壳外半径r的3倍。若使它们带上等量异种电荷,使其所带电荷量的绝对值均为Q,那么a、b两球之间的万有引力F1与库仑力F2为(　　)
A.F1=G,F2=k
B.F1≠G,F2≠k
C.F1≠G,F2=k
D.F1=G,F2≠k
【例题2】真空中有三个点电荷,它们固定在边长为50 cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力。
【变式训练2】已经证实,质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的,上夸克带电为,下夸克带电为-e,e为电子所带电量的大小。如果质子是由三个夸克组成的,且各个夸克之间的距离都为l,l=1.5×10-15 m,试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)。
　　课堂练习
1.(多选)下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.点电荷是一种理想模型,真正的点电荷是不存在的
B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体
C.根据F=k可知,当r趋近于0时,F趋近于∞
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
2.有两个半径为r的带电金属球中心相距为L(L=4r),对于它们之间的静电作用力(设每次各球带电量绝对值相同)(　　)
A.带同种电荷时等于带异种电荷时
B.带异种电荷时大于带同种电荷时
C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时
D.大小与带电性质无关,只取决于电荷量
3.三个相同的金属小球a、b和c,原来c不带电,而a和b带等量异号电荷,相隔一定距离放置,a、b之间的静电力为F。现将c球分别与a、b接触后拿开,则a、b之间的静电力将变为(　　)
A. B. C. D.
4.如图所示,两个带电小球A、B分别用细丝线悬吊在同一点O,静止后两小球在同一水平线上,丝线与竖直方向的夹角分别为α、β(α>β),关于两小球的质量m1、m2和带电荷量q1、q2,下列说法正确的是(　　)
A.一定有m1B.可能有m1q2
C.可能有m1=m2,q1=q2
D.可能有m1>m2,q1=q2
5.两个完全相同的带电小球,质量均为m且带有等量同种电荷,用两根长度相同的绝缘细线悬挂于同一点,如图所示,静止后两条细线张角为2θ,若细线长度为L,两个小球所带电荷量大小均为　　　　　,悬线张力大小为　　　　　。?
核心素养专练
6.大小相同的两个金属小球A、B带有等量电荷,相隔一定距离时,两球间的库仑引力大小为F,现在用另一个跟它们大小相同的不带电金属小球,先后与A、B两个小球接触后再移开,这时A、B两球间的库仑力大小(　　)
A.一定是 B.一定是
C.可能是 D.可能是
7.半径为r的两个带电金属小球,球心相距3r,每个小球带电量都是+q,设这两个小球间的静电力大小为F,则下列式子正确的是(　　)
A.F= B.F<
C.F> D.F=
　　
8.如图所示,两根细丝线悬挂两个质量相同的小球A、B。当A、B不带电时,静止后上、下两根丝线上的拉力大小分别为FTA、FTB。使A、B带等量同种电荷时,静止后上、下两根丝线上的拉力大小分别为FTA'、FTB'。下列结论正确的是(　　)
A.FTA'=FTA,FTB'>FTB B.FTA'=FTA,FTB'C.FTA'FTB D.FTA'>FTA,FTB'9.光滑绝缘水平面上,两个相同的小球带有等量同种电荷,用轻质绝缘弹簧相连。静止时弹簧伸长量为x1;若使两小球的带电量都减半,再次静止时弹簧伸长量为x2。下列结论正确的是(　　)
A.x2= B.x2=
C.x2> D.x2<
　　10.如图所示,质量均为m的三个带电小球A、B、C放置在光滑绝缘的水平直槽上,AB间和BC间的距离均为L。已知A球带电量为QA=8q,B球带电量为QB=q,若在C球上施加一个水平向右的恒力F,恰好能使A、B、C三个小球保持相对静止,共同向右加速运动。求:
(1)拉力F的大小。(2)C球的带电量QC。
参考答案
自主预习
1.正　负　相互排斥　相互吸引
2.F=　6.67×10-11 N·m2/kg2
课堂探究
1.排斥　吸引　距离和电荷量
2.距离　电荷量　减小　电荷量　减小
电荷量　距离　增大　距离　增大
3.电荷量　q1　距离的二次方　
4.q2　　
5.电荷量的乘积　距离的二次方　k　9.0×109 N·m2/C2　在它们的连线上　真空中静止的点电荷
【例题1】
例题分析:根据题目中给出的数据,应用库仑定律和万有引力定律直接计算,再进行比较。
例题解答:氢原子核与电子所带的电荷量都是1.6×10-19C。
F库=k
=(9.0×109)× N
=8.2×10-8 N
F引=G
=(6.7×10-11)× N
=3.6×10-47 N
=2.3×1039
【变式训练1】D
【例题2】
例题分析:先根据库仑定律求解任意两个点电荷之间的库仑力,然后根据平行四边形定则求解它们各自所受的库仑力的合力。
例题解答:按题意作图,如图所示。每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力,情况相同,只要求出一个点电荷(例如q3)所受的力即可。
q3共受F1和F2两个力的作用,q1=q2=q3=q,相互距离r都相同,所以F1=F2=k= N=0.144 N
根据平行四边形定则,合力是F=2F1cos 30°=0.25 N
点电荷q3所受的合力F的方向沿q1与q2连线的垂直平分线向外。
每个点电荷所受的静电力的大小相等,数值均为0.25 N,方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外。
【变式训练2】 46 N,为斥力　23 N,为引力
课堂练习
1.AD　2.B　3.C　4.B　5.2Lsin θ　
核心素养专练
6.A　7.B　8.A　9.C　10.(1)　(2)16q