电荷的相互作用课件(2)

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【问题导思】 1.库仑力的大小和什么因素有关?它与力学中什么力相 似? 2.库仑力是“性质力”还是“效果力”?是否符合牛顿 第三定律?
1.两点电荷间的库仑力 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关,跟它们的周围是否存在其他电荷 无关. 2.库仑力是一种“性质力”,在实际应用时,与其他力 一样,受力分析时不能漏掉,它对物体的运动状态有着独立 的作用效果. 3.两电荷间的库仑力是作用力与反作用力的关系,符合 牛顿第三定律.
集中,电荷间的距离就要比 3r 小.由库仑定律,静电力一定
大于
Q2 k9r2
,电荷的吸引也不会使电荷全部集中在相距为
r

两点上,所以静电力也不等于 kQr22.正确选项为 B.Байду номын сангаас【答案】 B
导体球在不能看成点电荷时,其作用力只能定性推断, 两导体球带同种电荷时 F<kQr1Q2 2,两导体球带异种电荷时 F >kQr1Q2 2.
(3)库仑定律
①内容:真空中两个静止的点电荷 之间相互作用的大 小,跟它们的 电荷量q1与q2的乘积成正比,跟它们的距离 r
的 平方 成反比,作用力的方向 沿着它们的连线

②表达式 F=kqr1q2 2.式中 k 是 静电力常量
小等于
9.0×109 N·m2/C2
.
③适用条件:真空中的 点电荷 .
1.点电荷是静电学中的第一个理想模型,它是指( ) A.球形带电体 B.体积很小的带电体 C.带电量很小的带电体 D.形状和大小对相互作用力的影响可以忽略的带电体 【解析】 点电荷是形状和大小对相互作用力的影响可 以忽略的带电体,与带电体的大小、形状,带电量无关,故 D 正确. 【答案】 D
库仑定律的理解和应用
1.点电荷与力学中的质点类似,是在研究复杂物理问题 时引入的一种理想化模型.
2.不少物理问题都与较多的因素有关,要研究其与所有 因素的关系是很困难的,抓住主要因素构建物理模型,才可 以简化研究的过程.
(2012·琼中高二检测)如图 1-2-3 所示,两个 半径均为 r 的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为 r, 带等量异种电荷,电荷量为 Q,两球间的静电力为下列选项 中的哪一个( )
电学中的第一个定律——库仑定律
1.基本知识 (1)定量研究的三大困难 ①作用力 非常 小,没有足够精密的测量器具; ②电量没有 单位 ,无法比较电荷的多少; ③带电体上电荷的分布不清楚,难以确定相互作用的电 荷之间的 距离 .
(2)库仑的研究解决了三个难题 ①为了测量微小的作用力,库仑发明了 扭秤 . ②为了使物体的电量按实验的要求改变,库仑根据 对称性 原理,实现了电量的成倍变化. ③库仑根据电荷在金属球表面上均匀分布的特点,把金 属球的电荷想象成点电荷,解决了测量带电体之间的 距离 问题.
1.2 探究电荷相互作用规律
教师用书独具演示
●课标要求 1.知道点电荷,体会科学研究中的理想模型方法. 2.知道两个点电荷间相互作用的规律.通过静电力与万 有引力的对比,体会自然规律的多样性与统一性.
●课标解读 1.理解点电荷的概念,掌握带电体可以看做点电荷的条 件. 2.理解库仑定律的含义及其表达式,知道静电力常量. 3.会用库仑定律的公式进行有关的计算. 4.运用理想化模型方法,突出主要因素,忽略次要因素, 抽象出物理模型——点电荷.
3.均匀带电球相距较远时,一般可以看做点电荷,但两 个互相靠近的导体球不能看做点电荷.
图 1-2-2 4.有人根据 F=kqr1q2 2推出当 r→0 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 r→0 时,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,不能利用公式 F=kqr1q2 2计算静电力大小了.
【答案】 58倍
2.如图 1-2-4 所示,两个质量均为 m 的完全相同的金
属球壳 a 和 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 l 为球半径的 3 倍.若使它
们带上等量异种电荷,使其电荷量的绝对值均为 Q,那么关
于 a、b 两球之间的万有引力 F 引和库仑力 F 库的表达式正确
4.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电荷的作用力的 矢量和. 5.静电力的大小计算和方向判断一般分开进行 (1)大小计算 利用库仑定律计算大小时,不必将表示电性的正、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.
【备课资源】(教师用书独具) 库仑定律应用时的注意事项
1.计算库仑力的大小和判断库仑力的方向,两者可以分 别进行,也可以同时进行.分别进行时,将电荷量的绝对值 代入公式计算库仑力大小,力的方向根据同种电荷相互排斥, 异种电荷相互吸引进行判别.同时进行时,将 Q1、Q2 带符号 代入公式,若计算结果为“+”则表示斥力,若计算结果为 “-”则表示引力.
有三个完全一样的金属小球 A、B、C,A 带电 荷量为 7Q,B 带电荷量为-Q,C 球不带电,将 A、B 两球 固定,然后让 C 球先跟 A 球接触,再跟 B 球接触,最后移去 C 球,则 A、B 球间的作用力变为原来的多少倍?
【审题指导】 求解此题应把握以下三点: (1)先据库仑定律写出 A、B 间原来的库仑力的表达式. (2)据电荷均分原理确定接触后 A、B 的带电量. (3)再据库仑定律写出现在 A、B 间的库仑力.
【答案】 D
综合解题方略——静电力作用下的平衡模型
(2012·福建仙游一中高二检测)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.
【审题指导】 (1)光滑绝缘,不受摩擦力且电荷量不变 (2)三个点电荷都处于平衡态,则任一小球受其他两球的 静电力相平衡.
以 C 为研究对象,则 kQr′·qC2=kr4+Qr·′qC2, 由以上任意两个方程可得出 qC=4Q,r′=r=3 m. 【答案】 4Q,A 点左侧距离 A 点 3 m 处
三个电荷平衡的规律可总结为: 1.同种电荷放中间,异种电荷放两边,且靠近电荷量小 的一边. 2.三电荷在同一直线上,两同夹一异,两大夹一小.
【解析】 开始时 A、B 两球间的作用力
F1=k7Qr2·Q=k7rQ2 2

当 A、C 两球接触时,两球均带电
QA=QC=7Q/2
当 B、C 两球接触时,两球均带电
QB=QC=(7Q/2-Q)/2=5Q/4
故后来 A、B 两球间的作用力
75
F2=k2Qr2·4Q=k·385rQ2 2

7Q2 由①②两式知FF12=kk385rrQ222=85,即 F2=58F1.
图 1-2-3
A.等于
Q2 k9r2
C.小于
Q2 k9r2
B.大于
Q2 k9r2
D.等于
Q2 k r2
【审题指导】 两球间距和球本身大小差不多,不能看 做是点电荷,所以不能用库仑定律的公式计算,但是可以根 据电荷间的相互作用规律作一个定性分析.
【解析】 由于两带电体带等量异种电荷,电荷间相互
吸引,因此电荷在导体球上的分布不均匀,会向正对的一面
点电荷和库仑定律的适用条件
【问题导思】 1.点电荷有哪些特点?它类似于力学中哪个模型? 2.库仑定律是否适用于均匀带电的球?
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.
2.一个带电体能否看做点电荷,是相对于具体问题而言 的,不能单凭其大小和形状确定.例如,一个半径为 10 cm 的带电圆盘,如果考虑它和 10 m 处某个电子的作用力,就完 全可以把它看做点电荷;而如果这个电子离圆盘只有 1 mm, 那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面.
实验探究:探究电荷相互作用的规律 1.基本知识
方法 探究电荷间作用力 (控制变量法) 与距离的关系
探究电荷间作用 力与电荷量的关 系
实验操作
保持电荷量不变,改 改变小球带电量
变悬点位置,从而改 q,观察夹角 θ 变
变小球间距 r,观察 化情况
夹角 θ 变化情况
2.思考判断 (1)实验表明电荷之间的作用力一定和电荷间的距离成 反比.(×) (2)实验中电荷之间作用力的大小是通过丝线偏离竖直 方向的角度显示的.(√) (3)通过实验,可以确定两个带电体间的作用力的大小取 决于两带电体的电荷量和它们之间的距离.(√)
的是( )
A.F 引=Gml22,F 库=kQl22 B.F 引≠Gml22,F 库≠kQl22
C.F 引≠Gml22,F 库=kQl22
D.F
引=Gml22,F
库≠
Q2 k l2
图 1-2-4
【解析】 由于 a、b 两球所带异种电荷相互吸引,使它 们各自的电荷分布不均匀,即相互靠近的一侧电荷分布较密 集,又 l=3r,不满足 l≫r 的要求,故不能将带电球壳看成点 电荷,所以不能应用库仑定律,故 F 库≠kQl22.万有引力定律适 用于两个可看成质点的物体,虽然不能满足 l≫r,但由于其 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,可以应用万有引力定律,故 F 引=Gml22,故 D 正确.
●教学地位 1.本节内容的核心是库仑定律,它不仅是电磁学的基本 定律,也是物理学的基本定律之一,库仑定律阐明了带电体 相互作用的规律. 2.本节课的关键是做好“探究电荷相互作用规律”的探 究实验. 3.展示库仑定律建立的历史背景,对培养学生的科学态 度、科学素养有很大帮助.
●新课导入建议 如图教 1-2-1 所示,将两个气球充气后挂起来,让它 们碰在一起,用毛织品分别摩擦两个气球相互接触的地方.放 开气球后,你可能观察到什么现象?你能解释这个现象吗? 两气球之间的作用力可能跟哪些因素有关?从而引入新课.
2.库仑力同样遵循牛顿第三定律,不要误认为电荷量大 的电荷和电荷量小的电荷相互作用时,所受的库仑力大小不 同.带电量分别为 Q1、Q2 的两个带电体之间的库仑力是一对 相互作用力,无论 Q1、Q2 是否相等,两带电体所受的库仑力 总是大小相等、方向相反.
3.三个点电荷的平衡问题 要使三个自由电荷组成的系统处于平衡状态,每个电荷 受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反. 由库仑力的方向及二力平衡可知,三个点电荷必须在同 一直线上,且同种电荷不能相邻,由 F=kq1rq2 2知,中间的异 种电荷电荷量应最小,且靠近两侧电荷量较小的那一个,即: “三点共线,两同夹异,两大夹小,近小远大”.
【规范解答】 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-Q、+4Q 如图放置,为保 证三个电荷都平衡,C 应放在 BA 延长线上,且 C 应带正电, 设电荷量为 qC.
以 A 为研究对象,则 kqr′C·Q2=kQ·r42Q. 以 B 为研究对象,则 krq+C·r4′Q2=kQ·r42Q,
图教 1-2-1
• ●教学流程设计
演示结束
课标解读 重点难点 1相验2其用决3知...了掌知互方成库有道解握道作法立仑关点库库点用.条定问电电仑仑规件律题荷荷探定律并分.是的究 律的 能 析 理概电 ,实 利 解 想念荷 及,1现 2适 重 3件 4....库 库 库 带象 用 点 的仑 仑 仑 电). 条 理扭 定 定 体(件解重律称 律 简及.点的实适化应()难内验用为用点容及条点.) 、(
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2.思考判断 (1)库 仑定律可以适用 于任何带电体之 间库仑力的计 算.(×) (2)点电荷就是带电量很少的带电物体.(×) (3)库仑定律是理论推导出来的结论.(×) 3.探究交流 实际带电体在什么情况下可看成为点电荷? 【提示】 只要在测量精度要求的范围内,带电体的形 状、大小、电荷分布情况等因素的影响可忽略时,实际带电 体可视为点电荷.
3.探究交流
图 1-2-1 用软纸在两张透明塑料片上摩擦,然后把它们相互靠近, 会发现两张塑料片相互排斥. 反复实验几次,说明它们相互排斥的原因以及它们之间 的作用力可能跟哪些因素有关?
【提示】 两张塑料片相互排斥,是由于摩擦后塑料片 带上同种电荷,同种电荷相互排斥.作用力的大小与两塑料 片的距离有关,还与摩擦产生的电荷量的多少有关.
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