第一章 2库仑定律

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2库仑定律

[学科素养与目标要求]

物理观念:1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件.

科学探究:经历探究实验过程,得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系.

科学思维:1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型.2.进一步了解控制变量法在实验中的作用.3.会用库仑定律进行有关的计算.

一、探究影响电荷间相互作用力的因素

1.实验现象:(如图1所示)

图1

(1)小球带电荷量一定时,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.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.二、库仑定律

1.点电荷:当带电体间的距离比它们自身的大小,以致带电体的、______及对它们之间的作用力的影响可以忽略时,带电体可以看做.2.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成,与它们的距离的成反比,作用力的方向在.

(2)公式:F=k q1q2

2/C2,叫做静电力常量.

r2,其中k=N·m

(3)适用条件:①;②.

3.库仑的实验

(1)库仑扭秤实验是通过悬丝比较静电力F大小的.实验结果发现静电力F与距离r的成反比.

(2)库仑在实验中为研究F与q的关系,采用的是用两个的金属小球接触,电荷量的方法,发现F与q1和q2的成正比.

1.判断下列说法的正误.

(1)探究电荷间的作用力与某一因素的关系时,必须采用控制变量法.()

(2)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷.()

(3)当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时,可将这两个带电体看成点电荷.()

(4)若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量,则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力.() 2.真空中两个点电荷,它们之间的静电力为F,如果将两个点电荷的距离增大为原来的4倍,电荷量都增大为原来的2倍.它们之间静电力的大小变为原来的________倍.

一、库仑定律的理解与应用

1.点电荷

(1)点电荷是只有电荷量,没有大小、形状的理想化模型,类似于力学中的质点,实际中并不存在.

(2)带电体能否看成点电荷视具体问题而定,不能单凭它的大小和形状下结论.如果带电体的大小比带电体间的距离小得多,则带电体的大小及形状就可以忽略,此时带电体就可以看成点电荷.

2.库仑定律

(1)库仑定律只适用于真空中点电荷之间的相互作用,一般没有特殊说明的情况下,都可按真空来处理.

(2)当r→0时,电荷不能再看成点电荷,库仑定律不再适用.

(3)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律.不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大.

(4)两个规则的带电球体相距比较近时,电荷的分布会发生改变,库仑定律不再适用.

例1下列说法中正确的是()

A.点电荷就是体积小的带电体

B.带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷

C.大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷

D.根据库仑定律表达式F=k q1q2

r2,当两电荷之间的距离r→0时,两电荷之间的库仑力F→∞例2甲、乙两导体球,甲球带有4.8×10-16C的正电荷,乙球带有3.2×10-16C的负电荷,放在真空中相距为10cm的地方,甲、乙两球的半径均远小于10cm.(结果保留三位有效数字)

(1)试求两球之间的静电力,并说明是引力还是斥力?

(2)如果两个导体球完全相同,接触后放回原处,两球之间的作用力如何?

(3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处,还能求出其作用力吗?

点拨:用公式计算库仑力大小时,不必将表示电荷q 1、q 2的带电性质的正、负号代入公式中,只将其电荷量的绝对值代入即可;力的方向再根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引加以判别.

二、库仑力的叠加

1.对于三个或三个以上的点电荷,其中每一个点电荷所受的库仑力,等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和.

2.电荷间的单独作用符合库仑定律,求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则.例3如图2所示,分别在A 、B 两点放置点电荷Q 1=+2×10

-14C 和Q 2=-2×10-14C .在AB 的垂直平分线上有一点C ,且AB =AC =BC =6×10

-2m .如果有一电子静止放在C 点处,则它所受的库仑力的大小和方向如何?

图2

针对训练(2018·德州市期末)如图3所示,三个固定的带电小球a 、b 和c ,相互间的距离分别为ab =8cm 、ac =6cm 、bc =10cm ,小球c 所受库仑力合力的方向平行于ab 的连线斜向下.关于小球a 、b 的电性及所带电荷量比值的绝对值n ,下列说法正确的是()

图3

A .同号电荷,n =925

B .同号电荷,n =27125

C .异号电荷,n =925

D .异号电荷,n =27125

1.(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是()

A.点电荷是一种理想化模型,真正的点电荷是不存在的

B.点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体

C.两带电荷量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式F=k Q1Q2

r2计算D.一个带电体能否看成点电荷,不是看它的尺寸大小,而是看它的形状和大小对所研究问题的影响是否可以忽略不计

2.(库仑定律的理解)(2018·南平市检测)关于库仑定律,下列说法正确的是()

A.库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积最小的带电体

B.根据F=k q1q2

r2,当两个带电体间的距离趋近于零时,库仑力将趋向无穷大

C.带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时,B受到的静电力是A受到的静电力的3倍

D.库仑定律的适用条件是:真空和静止点电荷

3.(库仑定律的应用)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷),分别固定在两处,它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为()

A.F 3

B.F

4

C.3F

8

D.F

2

4.(库仑力的叠加)如图4所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量同种点电荷Q A、Q B,Q A=Q B=+Q,求在顶点C处带电荷量为Q C的正点电荷所受的静电力.

图4

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