版选修3_1.ppt

《版选修3_1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版选修3_1.ppt（78页珍藏版）》请在麦多课文档分享上搜索。

1、2 库 仑 定 律,一、探究影响电荷间相互作用力的因素： 1.实验现象： (1)小球带电量一定时，距离带电物体越远，丝线偏离 竖直方向的角度_。 (2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝 线偏离竖直方向的角度_。,越小,越大,2.实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而 _，随着距离的增大而_。 3.猜想：带电体之间的作用力与它们电荷量的乘积成 _，与它们之间距离的二次方成_。,增大,减小,正比,反比,二、库仑定律 1.库仑力：电荷间的_，也叫作静电力。 2.点电荷：带电体间的距离比自身的大小_，以 致带电体的_、_及电荷分布状况对它们之间的 作用力的影响可忽略时，可将带电体看作

2、_， 它是一种理想化的物理模型。,相互作用力,大得多,形状,大小,带电的点,3.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_，与它们的距离的二次 方_，作用力的方向在_。 (2)表达式：F=_，k叫作静电力常量， k=_。 (3)适用条件：真空中的_。,成正比,成反比,它们的连线上,点电荷,4.静电力的叠加原理： (1)两个点电荷之间的作用力_(选填“会”或“不 会”)因第三个点电荷的存在而有所改变。 (2)两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的作用 力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的 _。,不会,矢量和,【思考辨析】 (1)很小的带电体就是点

3、电荷。 ( ) (2)实际中不存在真正的点电荷。 ( ) (3)库仑力是一种性质力。 ( ) (4)库仑力的大小与电性没有关系。 ( ) (5)根据库仑定律，只有两点电荷电量相等时，它们间 的库仑力才相等。 ( ),提示：(1)。点电荷是自身大小比它们之间的距离小得多的带电体，很小的带电体在距离很近时不能看成点电荷，(1)错误。 (2)。点电荷是理想化模型，实际中并不存在，(2)正确。 (3)。库仑力是按其本身的性质定义的，是一种性质力，(3)正确。,(4)。电性影响库仑力的方向(同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引)，不影响库仑力的大小，(4)正确。 (5)。两个点电荷之间的库仑力是一对相互作

4、用力，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑力大小一定相等，(5)错误。,【生活链接】 小明同学用图中的装置探究影响电荷间相互作用力的 因素。带电小球A、B之间的距离越近，摆角越大， 这说明它们之间的库仑力越大，这与库仑定律是一致 的。 小明同学根据库仑定律的表达式 得出当r0 时F，这个结论成立吗？为什么？,提示：不成立，因为当r0时两带电体已不能看成点电荷，库仑定律已不再成立。,知识点一 点电荷 探究导入： “嫦娥三号”月球探测器发射升空过 程中由于与大气摩擦产生了大量的静 电，如果这些静电没有及时导走，在 研究“嫦娥三号”与地球(地球带负电)的静电力时， 能否把“嫦娥三号”看成点电荷？

5、为什么？,提示：由于“嫦娥三号”的大小比它与地球之间的距离小得多，它本身大小可以忽略，因此可以把它看成点电荷。,【归纳总结】 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。 3.元电荷与点电荷： (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

6、荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷电荷量的整数倍。,【易错提醒】点电荷只具有相对意义 (1)点电荷是一个相对的概念，一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定。 (2)带电体的线度比相关的距离小多少时才能看作点电荷，还与问题所要求的精度有关。,(3)从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷。,【典题通关】 【典例】(多选)下列关于点电荷的说法中正确的是( )A.无论两个带电体多大，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是点电荷,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

7、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,【正确解答】选A、D。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，而选项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

8、效的点电荷间距小于球心距离，因此，选项D正确。,【过关训练】 1.(多选)关于元电荷和点电荷，下列说法中正确的是( ) A.电子就是元电荷 B.元电荷的电荷量等于电子或质子所带的电荷量 C.电子一定是点电荷 D.带电小球也可能视为点电荷,【解析】选B、D。电子和质子是实实在在的粒子， 而元电荷只是一个电量单位，A错误，B正确； 带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论， 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， C错误，D正确。,2.美国东部一枚火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心39B发射塔冲天而起。这是美国未来载人航天工具“战神I-X”火箭

9、的第一次升空。升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的“战神I-X”火箭能被视为点电荷的是( ),A.研究“战神I-X”火箭外部与其相距1 m处的一个带电微粒之间的静电力 B.研究“战神I-X”火箭与地球(带负电)之间的静电力 C.任何情况下都可视为点电荷 D.任何情况下都不可视为点电荷,【解析】选B。当火箭离开地球较远时，火箭的大小相对火箭与地球之间的距离可忽略不计。电荷在火箭上的分布情况对研究火箭与地球间静电力的作用可忽略不计，此时火箭可看作点电荷，选B。,【补偿训练】 物理学引入“点电荷” 概念，从科学方法上来说是属于 ( ) A.观察实验

10、的方法 B.控制变量的方法 C.等效替代的方法 D.建立物理模型的方法,【解析】选D。点电荷是为了研究物理问题方便而引入的物理模型，是由实际物体抽象所得，D对。,知识点二 库仑定律的理解 探究导入： 如图所示，可以探究电荷间的相互作用力大小的影响因素。,(1)挂在P1处的小球带电量一定时，增大电荷量Q，发现细绳的偏角变大，则说明带电小球所受库仑力如何变化？该实验说明电荷间相互作用力大小与什么因素有关？,(2)将三个质量、带电量都相同的带电小球分别悬挂于P1、P2、P3处，在电荷Q作用下，发现它们的偏角如图所示。则说明P1、P2、P3处的三个带电球所受Q的作用力逐渐变大还是变小？该实验又说明电荷

11、间相互作用力大小与什么因素有关？,提示：(1)细绳的偏角变大，说明带电小球所受相互作用力变大。由于相互作用力变大是增大电荷量Q引起，则说明电荷间的相互作用力大小与电荷量大小有关，电荷量越大，相互作用力越大。,(2)P1、P2、P3处细绳的偏角逐渐减小，表明三个带电球所受Q的相互作用力逐渐变小。由于它们距离Q逐渐变远，该实验表明电荷间的库仑力与它们间的距离有关，距离越大，库仑力越小。,【归纳总结】 1.库仑定律的适用条件： (1)真空。 (2)点电荷。 这两个条件都是理想化的，在空气中库仑定律也近似成立。,2.静电力的大小计算和方向判断： (1)大小计算。 利用库仑定律计算大小时，不必将表示电性

12、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。,【易错提醒】应用库仑定律的两点注意 (1)有人根据 推出当r0时，F，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r0时，两带电体已不能看作点电荷，库 仑定律及其公式也就不再适用，不能利用公式计算静电力大小了。,(2)库仑定律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离。,【典题通关】 【典例】(多选)两个用相同材料制成的半径相等的带 电金属小球(可看成点电荷)，其中一个球的带电量的 绝对值是另一个的5

13、倍，当它们静止于空间某两点 时，静电力大小为F。现将两球接触后再放回原处， 则它们间静电力的大小可能为 ( ),A. B. C. D. 【审题关键】,【正确解答】选B、D。若两电荷同性，设一个球的带 电量为Q，则另一个球的带电量为5Q，此时 ， 接触后再分开，带电量各为3Q，则两球的库仑力大小若两电荷异性，接触后再分开，两球电 量的绝对值为2Q，此时两球的库仑力 故B、D正确，A、C错误。,【规律方法】电荷等量平分原理 两个完全相同的带电体接触时，若带同种电荷则电荷量直接平均分配；若带异种电荷则要先中和后平均分配。,【过关训练】 1.(2018济宁高二检测)相等的电荷量，相隔一定距 离，两球之

14、间相互吸引力的大小是F，今让第三个半径 相同的不带电的金属小球C先后与A、B两球接触后移 开，这时A、B两球之间的相互作用力的大小是 ( ) A. B. C. D.,【解析】选A。两球相互吸引，说明带异种电荷，设电 荷量分别为q，假设A球带正电，当第三个不带电的小 球C与A球接触后，A、C两球带的电荷量平分，每球带 电荷量为+ ，当再把C球与B球接触后，两球的电量先 中和，再平分，每球的带电量为 ，由库仑定律可知，当移开C球后，由于r不变，所以A、B两 球之间的相互作用力的大小为F1= ，故正确答案为A。,2.如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a 与b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它

15、们分别固定于 绝缘支座上，两球心间的距离为l，为球半径的3倍。若 使它们带上等量异种电荷，两球电量的绝对值均为Q， 那么，a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为( ),A.F引= F库= B.F引 F库 C.F引 F库= D.F引= F库,【解析】选D。万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离l只有半径的3倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看作质量集中于球心的质点。因此，可以应用万有引力定律。对于a、b两带电球壳，由于两球心间的距离l只有半径的3倍，不能看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件，故D正确。,【补偿训练】 1.真空中有两个静止的同种点电荷q1、q2

16、，保持q1不 动，释放q2。q2只在q1的库仑力作用下运动，则q2在运动过程中受到的库仑力 ( ) A.不断增大 B.不断减小 C.先增大后减小 D.始终保持不变,【解析】选B。带电相同的点电荷受斥力作用，因此 距离越来越远，由于电量保持不变，根据 可 知，距离增大、电场力将逐渐减小，故A、C、D错误， B正确。,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 ， 则两球间库仑力的大小为 ( ) A. B. C. D.12F,【解析】选C。由库仑定律知 ，当两小球接触 后，带电量分别为Q、

17、Q，故后来库仑力由以上两式解得F= C项正确。,知识点三 库仑定律的综合应用 探究导入： 如图，已知空间中存在三个点电荷A、B、C，请思考：(1)A对C的库仑力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？ (2)如何求A、B对C的作用力？,提示：(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。 (2)两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和。,【归纳总结】 1.库仑力的特征： (1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个点电荷的电荷量及间距有

18、关，跟它们的周围是否存在其他电荷无关。 (2)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，即互为作用力与反作用力的两个库仑力总是等大反向。,(3)库仑力是电荷之间的一种相互作用力，具有自己的特性，与重力、弹力、摩擦力一样是一种“性质力”。在实际应用时，与其他力一样，受力分析时不能漏掉，对物体的平衡或运动起着独立的作用。 2.多个点电荷的静电力叠加：对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力等于其他点电荷分别单独存在时对该电荷的作用力的矢量和。,【典题通关】 【典例】真空中相距3 m的光滑绝缘平面上，分别放置两个电荷量为-Q、+4Q的点电荷A、B，然后

19、再在某一位置放置点电荷C，这时三个点电荷都处于平衡状态，求C的电荷量以及相对A的位置。,【正确解答】根据题意，三个点电荷中每个点电荷都处于平衡状态，由此可知，三个点电荷应位于同一条直线上，设A、B如图放置，为保证三个点电荷都平衡，经代入数据分析可知，C应放在A、B延长线左侧，且C带正电，设为qC，A、B之间距离为r，A、C之间距离为r。,则以A为研究对象， 以B为研究对象， 以C为研究对象， 由以上任意两个方程可得出qC=4Q，r=r=3 m。 答案：4Q 在AB延长线上(不包含B点)，距A 3 m处,【规律方法】三电荷平衡模型 (1)模型构建。 三个点电荷共线。 三个点电荷彼此间仅靠电场力作

20、用达到平衡，不受其他外力。 任意一个点电荷受到其他两个点电荷的电场力大小相等，方向相反，为一对平衡力。,(2)模型规律。 “三点共线”三个点电荷分布在同一直线上。 “两同夹异”正负电荷相互间隔。 “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。,【过关训练】 1.(2018南宁高二检测)如图所示，在 光滑、绝缘的水平面上，沿一直线依次 排列三个带电小球A、B、C(可视为质点)。若它们恰能处于平衡状态，则这三个小球所带电荷量及电性的关系，可能为下面的 ( ) A.-9q、4q、-36q B.4q、9q、36q C.-3q、2q、8q D.3q、-2q、6q,【解析】

21、选A。据三个点电荷平衡规律：两同夹异、两 大夹小，可知A、D可能正确。再由及rAC=rAB+rBC得 其中QA、QB、QC是电荷量的大小，代入可知，只有A正 确。,2.(2018天水高二检测)如图所示，A和 B均可视为点电荷，A固定在绝缘支架上， B通过绝缘轻质细线连接在天花板上，由 于二者之间库仑力的作用，细线与水平方向成30角。A、B均带正电，电荷量分别为Q、q，A、B处于同一高度，二者之间的距离为L。已知静电力常量为k，重力加速度为g，则B的质量为 ( ),A. B. C. D. 【解析】选D。根据库仑定律，A、B之间的库仑力 F库= 以B为研究对象，在水平方向 F库=FTcos 30，

22、在竖直方向mg=FTsin 30，联立可 得m= ，D正确。,【补偿训练】 如图，A、B两个带电小球用等长绝缘细 线悬挂于O点，A球固定，B球受到库仑力作 用与细线间成一定的夹角，若其中一个小 球由于漏电，电荷量缓慢减小，则关于A、B两球的间距和库仑力大小的变化，下列说法中正确的是 ( ),A.间距变小，库仑力变大 B.间距变小，库仑力变小 C.间距变小，库仑力不变 D.间距不变，库仑力减小,【解析】选B。以小球B为研究对象，球受到重力G，A 的斥力F2和线的拉力F1三个力作用，作出受力示意图如 图；作出F1、F2的合力F，则由平衡条件得：F=G，根据 FBF2OAB得： 在其中一个小球带电量

23、逐 渐减少的过程中，OB、OA、G均不变，AB减小，A、B间 斥力F2变小，故B正确。,【拓展例题】考查内容：点电荷的匀速圆周运动 【典例】(多选)真空中固定的正点电荷Q所形成的电场中有一质量为m=110-4 kg、带电荷量q=110-8 C的微粒在此点电荷附近以角速度=10 rad/s做匀速圆周运动，已知正点电荷Q的带电荷量为410-5 C。重力加速度g取10 m/s2，且微粒的重力相对于电场力不能忽略。则下列判断正确的是 ( ),A.微粒一定带负电 B.微粒一定带正电 C.微粒做圆周运动的圆心就在正点电荷Q所在的位置 D.微粒做圆周运动的圆心就在正点电荷Q正下方与Q的距离为0.1 m的位置

24、,【正确解答】选A、D。由题意知该微粒和 点电荷之间有相互吸引的力，所以该微粒 带负电，即A正确，B错误；由题意知该微 粒所受的重力不能忽略，则微粒做圆周运动的轨迹必 不和点电荷在同一水平面内，且圆心O在点电荷的正下 方，设其距点电荷的距离为H，如图所示。则 Fcos=mg，Fsin=m2R，由几何知识知R=Htan， 由以上各式解得：H= =0.1 m，即D正确。,物理模型构建点电荷模型 1.建模背景： (1)抓住主要矛盾，突出主要因素，忽略次要因素， 建立理想化的物理模型来简化研究的问题，是物理学 中常用的研究方法。,(2)如果两个带电体相距很远，它们之间的距离比它们每一个的线度大得多，其

25、体积、形状、电荷分布对研究的问题影响很小甚至没有影响，这时可以忽略它的形状和大小，近似地认为每一个带电体的电荷都集中在一个点上，可将带电体看作点电荷。 2.模型特点：没有大小和形状，且具有电荷量的理想化模型，类似于力学中的质点。,【案例示范】关于点电荷的下列说法正确的是 ( ) A.点电荷就是体积足够小的电荷 B.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 C.体积大的带电体一定不能看成点电荷 D.当两个带电体的形状和大小对它们之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,【解析】选D。带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、带电荷量多少而论。只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因

26、素的影响可以忽略，即可视为点电荷，故选项D正确。,【类题训练】(多选)下列说法正确的是 ( ) A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷 B.均匀带电的绝缘球体在计算库仑力时可视为点电荷 C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷 D.带电的金属球一定不能视为点电荷,【解析】选B、C。带电体能否视为点电荷，取决于其大小、形状及电荷量分布对所研究问题的影响是否可以忽略不计。同一个带电体可能在有的问题里面可视为点电荷，但在其他问题里面则不可以，故选项A、D错误，选项C正确。均匀带电的绝缘球体带电荷量的分布不受其他带电体的影响，可等效为一个带等量电荷、位于球心的点电荷，故选项B正确。,【补偿训练】 (多选)关于点电荷的下列说法中正确的是( ) A.真正的点电荷是不存在的 B.点电荷是一种理想化模型 C.足够小的电荷就是点电荷 D.球形带电体都可以看作点电荷,【解析】选A、B。点电荷是一种理想化模型，带电体的形状和大小，对研究结果的影响可以忽略时，才可将带电体看作点电荷，并不是由带电体的带电量大小或形状完全决定的，故选项A、B正确，选项C、D错误。,