高二物理鲁科版选修3-1课件：第1部分 第1章 第2节《静电力库仑定律》

欢迎进入物理课堂 1 点电荷 带电体本身的线度比相互之间的距离小得多 带电体的形状 大小对它们之间的相互作用力的影响可以忽略 2 库仑定律 真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小 跟它们的电荷量Q1 Q2的乘积成正比 跟它们的距离r的二次方成反比 作用力的方 自学教材 1 静电力 1 定义 间的相互作用力 也叫库仑力 2 影响静电力大小的因素 两带电体的形状 大小 电荷分布 等 电荷 电荷量 二者间的距离 2 点电荷 1 物理学上把本身的比相互之间的距离得多的带电体叫做点电荷 2 两个带电体能否视为点电荷 要看它们本身的是否比它们之间的距离小得多 而不是看物体有多大 小 本身 线度 线度 重点诠释 1 带电体看做点电荷的条件 1 带电体能否看做点电荷 要看它们本身的线度是否比它们之间的距离小得多 即使是两个比较大的带电体 只要它们之间的距离足够大 也可以视为点电荷 2 带电体能否看做点电荷是相对于具体问题而言的 只要在测量精度要求的范围内 带电体的形状及大小对相互作用力的影响可以忽略不计时 带电体就可视为点电荷 2 对元电荷 点电荷的区分 1 元电荷是最小的电荷量 用e表示 e 1 6 10 19C 任何一个带电体的电量都是元电荷的整数倍 2 点电荷是一个理想化的模型 实际并不存在 类似于力学中的质点 可以有质量 其电荷量是元电荷的整数倍 1 下列关于点电荷的说法中 正确的是 A 只有体积很小的带电体才能看成点电荷B 体积很大的带电体一定不是点电荷C 当两个带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略时 这两个带电体可看成点电荷D 任何带电体 都可看成电荷全部集中于几何中心的点电荷 解析 一个带电体能否看成点电荷 不在于其大小或形状 而是取决于其大小和形状对所研究的问题的影响 答案 C 自学教材 1 库仑定律 1 内容 中两个之间的相互作用力F的大小 跟它们的电荷量Q1 Q2的成正比 跟它们的距离r的成反比 作用力的方向沿着它们的 同种电荷 异种电荷 真空 乘积 二次方 连线 相斥 相吸 点电荷 9 0 109N m2 C2 真空 点电荷 2 静电力叠加原理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点电荷的作用力的 矢量和 重点诠释 1 应用库仑定律需要注意的问题 1 库仑定律适用于真空中两个点电荷之间的相互作用力 与周围是否存在其他电荷无关 3 两个电荷间的距离r 0时 两电荷已失去了点电荷的前提条件 所以违背了库仑定律的适用条件 不能再运用库仑定律计算两电荷间的相互作用力 因此不能认为F 4 库仑力具有力的一切性质 相互作用的两个点电荷之间的作用力遵守牛顿第三定律 库仑力同样遵守平行四边形定则 在解决多个电荷相互作用时矢量合成法则同样有效 2 静电力叠加原理的理解 1 静电力具有力的一切性质 静电力之间可以叠加 也可以与其他力叠加 静电力叠加原理实际就是力叠加原理的一种具体表现 2 由于任何带电体都可以看成是由很多点电荷组成的 从理论上讲 利用库仑定律和静电力叠加原理 可以知道任何带电体之间的作用力 3 当多个带电体同时存在时 任一带电体同时受到多个静电力的作用 可以利用力的合成的平行四边形定则求其合力 解析 由库仑定律的适用条件得A B错 库仑力遵守牛顿三定律和每个电荷电量无关 故C错误 库仑定律是库仑通过实验得出的 D正确 答案 D 自学教材 1 静电力和万有引力的区别 距 离的平方 质量 电荷量 点电荷 质点 2 对于微观粒子 相互之间的静电力万有引力 因此 在讨论电子这类微观粒子的相互作用时 可以忽略不计 3 库仑力存在于任意两个带电体之间 当两个带电体不能看成点电荷时 库仑定律不再适用 但库仑力仍然存在 远大于 万有引力 重点诠释 1 静电力和万有引力都是非接触类型的力 其本质都是通过场发生作用 2 当两个带电体相隔一定距离时 它们之间应该既有静电力 也有万有引力 只是对于一般的带电体 静电力比万有引力大得多 万有引力往往忽略不计 图1 2 1 3 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 壳层的厚度和质量分布均匀 将它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 两球电荷量的绝对值均为Q 那么 a b两球之间的万有引力F引 库仑力F库分别为 解析 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 两球壳可看做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 由于两球的间距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 故选项D正确 答案 D 例1 两个相同的金属小球 带电量之比为1 7 相距为r 两者相互接触后再放回原来的位置上 则它们间的库仑力可能为原来的 4 7 3 7 9 7 16 7A B C D 思路点拨 解答本题的关键是能够对电荷中和 接触起电 电荷守恒定律及库仑定律进行综合运用 答案 D 1 解此类问题时 要注意区分原来两球带的是同种电荷还是异种电荷 带电性质不同 会有不同的答案 2 利用库仑定律计算电荷间的相互作用力时 通常不将电荷的正 负代入公式 而只计算电荷间的相互作用力的大小 作用力的方向根据同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引来判断 答案 C 图1 2 2 例2 如图1 2 2所示 等边三角形ABC 边长为L 在顶点A B处有等量异种点电荷QA QB QA Q QB Q 求在顶点C处的点电荷QC所受的静电力 审题指导 解答本题时应把握以下三点 1 静电力合成分解时遵守平行四边形定则 2 判断电性 若不能判断电性 应按两种情况分别讨论 3 求静电力时 还要指明力的方向 解析 题目中没有交代QC的电性 解答时就需考虑两种情况 即QC为正电 QC为负电 当QC为正电时 受力情况如图甲所示 QA QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变 仍然遵守库仑定律 答案 见解析 如果有多个点电荷存在时 它们每两者之间的作用力 不因其他点电荷的存在而改变 都满足库仑定律 所以 我们解决这类问题的时候可以先求出任意两个点电荷之间的作用力 然后再用平行四边形定则求合力即可 图1 2 3 上例题中 若将A B C三点改为一直角三角形的三个顶点 B 30 且在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 解析 各个静电力不在同一直线上时 应用平行四边形定则求合力 正电荷在C处受QA QB的库仑力作用 方向一定在AC BC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 受力分析如图所示 得FBsin30 FA 答案 负1 8 例3 在光滑绝缘水平面上固定着带电小球A 质量为M 所带电荷量为 Q 带电小球B与小球A之间相距为r 质量为m 所带电荷量为 q 现将小球B无初速度释放 求 1 刚释放时小球B的加速度为多大 2 释放后小球B做什么运动 思路点拨 利用库仑定律及牛顿第二定律分析B球的运动情况 库仑力跟重力 弹力 摩擦力一样 都是性质力 受力分析时应包括库仑力 正确判断库仑力的大小和方向后 即可将题目转化为力学问题 然后根据力学知识进行求解 图1 2 4 2 如图1 2 4所示 悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A 在两次实验中 均缓慢移动另一带同种电荷的小球B 当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上 A处于受力平衡时 悬线偏离竖直方向的角度 解析 设细线长为l A的带电荷量为Q A与B处在同一水平线上 以A为研究对象 受力分析作出受力图 如图所示 根据平衡条件可知 库仑力跟重力的合力与细线的拉力等大反向 由几何关系列式得 答案 C 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