第一章第二节探究静电力

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节,探究静电力,1当带电体间的_比它们自身的大小大得多，以致,带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影,响 _时，这 样的 带电 体就 可以 看做 带电 的点，叫 做,_,2库仑定律：在真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟,它们的电荷量的乘积成_，跟它们间的距离的二次方成,_，作用力的方向在它们的 _ 上 其公式为,_,距离,很小,点电荷,正比,反比,连线,3真空中有两个静止的点电荷，它们之间的相互作用力为,F,.若它们的带电量都增加为原来的 2 倍，距离不变，它们之间,的相互作用力变为_；若它们的带电量不变，距离增加,为原来的 2 倍，它们之间的相互作用力变为_,4,F,知识点 1 点电荷,1点电荷是有_，没有大小、形状的_模型,2一个带电体能否看做点电荷必须满,足的条件是：当带电,体的大小比起它到其他带电体的距离,_时，带电体的形,状和电荷分布对电荷间的作用力的影响_，此时带电体,可视为_,电荷量,理想,小很多,很小,点电荷,3关于点电荷有以下两种理解：,甲同学：“元电荷的电荷量是最小的，所以元电荷一定是,点电荷”,乙同学：“半径为 10 cm 的带电圆盘一定不可能,视为点电,荷”,你认为这两种说法对吗？谈谈你的看法,答案：,以上两种说法均是错误的点电荷与带电体所带电,荷量多少无关半径为 10 cm 的带电圆盘能否视为点电荷要看,具体情形若考虑它和 10 m 处某个电子的作用力，就完全可以,忽略它的形状，把它看,做点电荷；若考虑带电圆盘与相距只有,1 mm 的电子的作用力，此时这一带电圆盘又相当于一个无限大,的带电平面，不能视为点电荷,1点电荷是只有电荷量，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带电体能否看做点电荷是相对于具体问题而言的，不能,单凭其所带电量的多少以及大小和形状确定只有当带电体间,的距离远远大于带电体的线度时，才能当做点电荷处理,3电荷分布不变的均匀带电球体，可等效为电荷量集中在,球心的点电荷,【例,1,】,关于点电荷，下列说法中正确的是(,),A体积小的带电体,B球形带电体,C带电少的带电体,D大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体,解析：,点电荷不能理解为体积很小的电荷，也不能理解为,电荷量很少的电荷球形带电体，有时可以作为点电荷，有时,则不能，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能,看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可,以看成点电荷因此，一个带电体能否看成点电荷，要视具体,情况而定,答案：,D,【触类旁通】,1下列哪些物体可视为点电荷(,),C,A电子和质子在任何情况下都可视为点电荷,B体积和带电荷量都很小的带电体一定是点电荷,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,知识点 2 库仑定律的理解与应用,1库仑定律的适用条件是_中的两个_,2两个点电荷之间的库仑力是一对作用力,与反作用力，其,大小,_、方向_，且方向在两者的_上,3库仑定律的表达式：_，其中,k,9.010,9,Nm,2,/C,2,，,叫做_,真空,点电荷,相等,相反,连线,静电力常量,观点一：根据,F,k,，从数学角度推出“当,r,0时，,4关于库仑定律的理解有这样几种观点，你认为是否正,确？并请说明理由,q,1,q,2,r,2,F,；,r,时，,F,0”,观点二：两个处在真空中可视为点电荷的带电球，大球的,电荷量大于小球的电荷量，关于两球之间静电力的大小关系，,可以肯定“大球受到的静电力一定大于小球受到的静电力”,成立，由此得到,F,0.,答案：,观点一的前半部分是错误的，后半部分是正确的,q,1,q,2,r,2,从物理意义上分析，这种看法是错误的因为当,r,0 时，任何,两带电体已不能看做点电荷，库仑定律及其公式也,就不再适用，,F,k,q,1,q,2,r,2,不能成立了所以由此得出的结论是错误的但当,r,时，公式,F,k,q,1,q,2,r,2,根据,F,k,，从数学角度分析,r,0时，,F,似乎正确，但,观点二也是错误的两带电球间的静电力具有一般力的共,性，符合牛顿第三定律，即：无论两球带电量大小、电性是怎,样的，它们之间的相互作用力总是大小相等、方向相反，在同,一直线上所以大球受到的静电力一定等于小球受到的静电力,1库仑定律定律的成立条件是真空中两个点电荷间的相互,作用力但空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑,定律计算；两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷，此,时,r,指两球体的球心距离,2应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质的,正、负号代入公式中，只需将其电荷量的绝对值代入公式中算,出力的大小，力的方向根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互,吸引的原则另行判断,3库仑定律的公式中各物理量要统一用国际单位，只有采,用国际单位时，,k,的值才是 9.010,9,Nm,2,/C,2,.,4空间中有多个电荷时，某电荷所受的静电力是其他所有,电荷单独对其作用的静电力的矢量和(力的合成),q,1,q,2,r,2,【例2】(双选)关于库仑定律的公式,F,k,，下列说法正,确的是(,),A当真空中的两点电荷间的距离,r,时，它们之间的静,电力,F,0,B当真空中的两点电荷间的距离,r,0 时，它们之间的静,电力,F,C当两点电荷间的距离,r,时，它们之间的静电力,F,0,D静电力常量,k,的数值是由实验得出的,适应的条件是真空中的两点电荷；当,不再成立，选项,B 错静电力常量的数值是,由实验,解析：,公式,F,k,q,1,q,2,r,2,r,时，任何带电体都可视为点电荷，但还必须满足真空条件，,选项,A,对，,C,错当,r,0 时，两电荷就不能看成点电荷了，公,式,F,k,q,1,q,2,r,2,得出的，选项,D,对,答案：,AD,【触类旁通】,2真空中有两个半径为,R,的带电金属球，两球中心相距为,r,(,r,4,R,)，设两球带电荷量绝对值分别为,q,1,、,q,2,，对于它们之间,的静电作用力，下列说法正确的是(,),解析：,此题中，无论两球带何种性质的电荷，两球均不能视为点电荷，不成立当带异种电荷时，电荷分布于两球最近的一侧，带同种电荷时，电荷分布于两球最远的一侧，可判断A、B、D错，C正确,答案：,C,【例,3,】,真空中两个相同的带等量异种电荷的小球,A,和,B,(,A,、,B,可看做点电荷)，分别固定在两处，两球间的静电力为,F,.,用一个不带电的同样的小球,C,先和,A,接触，再与,B,接触，然后,移去,C,，则,A,、,B,两球间的库仑力是多少？,题后反思：,(1),完全相同的,金属小球接触后要等分总电荷,量，此处还应注意,C,球与,A,、,B,两球的接触顺序,(2),应用库仑定律公式计算库仑力时不必将表示电荷性质,的正、负号代入公式中,【触类旁通】,3两个分别带有电荷量,Q,和3,Q,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,r,2,大,小为(,),F,A.,12,B.,3,F,4,C.,4,F,3,D12,F,C,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,1解决三点电荷在同一直线上的静电力平衡问题,(1)库仑力是电荷间的一种相互作用力若三个点电荷在同,一直线上均处于静电力平衡，则每个点电荷受到的另外两个点,电荷的库仑力必定等大反向,(2)根据平衡条件与库仑定律可知：三个点电荷必须在一,条直线上；位于中间的电荷量最小；中间电荷与两侧电荷,异号；中间电荷与电荷量较小的电荷较近即“三点共线，,两同夹异，两大夹小，近小远大”,【例,4,】,如图,1,21 所示，在一条直线上有两个相距 0.4 m,的点电荷,A,、,B,，,A,带电荷量为,Q,，,B,带电荷量为9,Q,.现引入,第三个点电荷,C,，恰好使三个点电荷处于静电力平衡状态，问,：,C,应带什么性质的电？应放于何处？所带电荷量为多少？,图 121,【触类旁通】,4(,双选,),如图,123,所示,，,同一直线上的三个点电荷,q,1,、,q,2,、,q,3,，恰好都处于平衡状态，且除相互作用的静电力外不受其,他外力作用已知,q,1,、,q,2,间的距离是,q,2,、,q,3,间距离的 2 倍下,列说法正确的是(,),A若,q,1,、,q,3,为负电荷，则,q,2,也为负电荷,B若,q,1,、,q,3,为负电荷，则,q,2,必为正电荷,C,q,1,q,2,q,3,3649,D,q,1,q,2,q,3,9436,图 123,答案：,BC,2库仑定律与牛顿运动定律的综合应用,结合库仑定律与牛顿运动定律分析处理带电体的问题的方,法与纯力学问题的分析方法一样，要学会把电学问题力学化,分析方法是：,(1)确定研究对象如果有几个物体相互作用时，要依据题,意，适当选取“整体法”或“隔离法”,(2)对研究对象进行受力分析，在受力分析时除了分析重,力、弹力、摩擦力等力学中常见力外，多了一个库仑力,因此在受力分析时千万不可漏掉,(3)列平衡方程(,F,合,0 或,F,x,0，,F,y,0)或牛顿第二定律求,解,(4)在应用库仑定律定量计算式，各量均应采用国际单位,即：表达式中的,r,单位为 m，电量,q,的单位是 C，力的单位是,N.,【例,5,】,如图,1,24 所示，两个带等量异种电荷的小球，,质量均为 2 g，各用,L,5.1 cm 长的绝缘细线吊住，细线质量不,计，小球可看成质点当悬点,OO,相距,d,4 cm 时两球处于,平衡，此时两球各偏离竖直方向,L,1 cm，则每个小球的电,荷量为多少？(取,g,10 m/s,2,),图 124,设悬线与竖直方向夹角为,，根据平衡条件，有,F,mg,tan,解得,q,1.33,10,8,C,故带负电的小球所带电荷量为,1.3310,8,C，带正电的小,球所带电荷量为1.3,310,8,C.,【触类旁通】,5如图 126 所示，两个带电球处于平衡状态，且球心,位于同一水平面，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定,(,),A两球都带正电,B小球受到的细绳拉力等于所受的重力,C大球受到的静电力大于小球受到的静,电力,D两球受到的静电力大小相等,图 126,解析：,由题图可知，两带电球相互排斥，则说明两球一定,带有同种电荷，但不能确定是正电荷，还是负电荷，故,A,错；,两带电球间的静电力是一对相互作用力，符合牛顿第三定律，,故选项,C,错，,D,对对小球受力分析，受重力,mg,、库仑力,F,、,细绳拉力，利用三力平衡得出,B 错,答案：,D,【例,6,】,带电小球,A,和,B,放在光滑绝缘水平面上，质量分,别为,m,1,2 g，,m,2,1 g；所带电荷量值,q,1,q,2,10,7,C，,A,带正,电，,B,带负电现有水平向右的恒力,F,作用于,A,球，可使,A,、,B,一起向右运动，且保持间距,d,0.1 m 不变，试问,F,多大？,图 127,F,电,910,3,N,解：,两球相互吸引的库仑力,kq,1,q,2,d,2,A,球和,B,球保持间距不变，可知两球加速度相同隔离,B,球，由牛顿第二定律得,F,电,m,2,a,把,A,球和,B,球看成整体，水平恒力,F,即其合外力，由牛顿,第二定律得,F,(,m,1,m,2,),a,代入数据，由,式得,a,9 m/s,2,，由,式得,F,2.710,2,N.,【触类旁通】,6一根置于水平面上的光滑玻璃管(绝缘体)，内部有两个,完全一样的弹性金属球,A,、,B,，带电荷量分别为 9,Q,和,Q,，从,图 128 所示的位置由静止开始释放，问两球再经过图中位,置时，两球的加速度是释放