高中物理课件第1章 第2节《探究静电力》（粤教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 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 4F 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10cm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10cm的带电圆盘能否视为点电荷要看具体情形 若考虑它和10m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1mm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 0 109N m2 C2 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 q1q2 r2 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 q1q2r2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 q1q2r2 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 q1q2r2 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 0 109N m2 C2 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 q1q2r2 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 0B 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 0D 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 q1q2r2 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 q1q2r2 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 4R 设两球带电荷量绝对值分别为q1 q2 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 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r2 大小为 FA 12 B 3F4 C 4F3 D 12F 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 2 1所示 在一条直线上有两个相距0 4m的点电荷A B A带电荷量为 Q B带电荷量为 9Q 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1 2 1 触类旁通 4 双选 如图1 2 3所示 同一直线上的三个点电荷q1 q2 q3 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q1 q2间的距离是q2 q3间距离的2倍 下 列说法正确的是 A 若q1 q3为负电荷 则q2也为负电荷B 若q1 q3为负电荷 则q2必为正电荷C q1 q2 q3 36 4 9 D q1 q2 q3 9 4 36 图1 2 3 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Fx 0 Fy 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 2 4所示 两个带等量异种电荷的小球 质量均为2g 各用L 5 1cm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 4cm时两球处于平衡 此时两球各偏离竖直方向L 1cm 则每个小球的电荷量为多少 取g 10m s2 图1 2 4 设悬线与竖直方向夹角为 根据平衡条件 有F mgtan 解得q 1 33 10 8C 故带负电的小球所带电荷量为 1 33 10 8C 带正电的小球所带电荷量为 1 33 10 8C 触类旁通 5 如图1 2 6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1 2 6 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m1 2g m2 1g 所带电荷量值q1 q2 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 1m不变 试问F多大 图1 2 7 F电 9 10 3N 解 两球相互吸引的库仑力 kq1q2d2 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 m2a 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 m1 m2 a 代入数据 由 式得a 9m s2 由 式得F 2 7 10 2N 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9Q和 Q 从图1 2 8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时的多少倍 图1 2 8 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全