2015年秋高中物理 第1章 第2节 库仑定律课件 新人教版选修3-1

库仑实验中的思想方法 1．根据库仑扭秤原理可以测量较小的相互作用力．
2．利用电荷在两个相同金属球之间等量分配的原理
来控制带电体的电荷量，就可以保证实验中金属球的电荷 量成倍变化． 3．根据电荷在金属球表面均匀分布的特点，把金属 球上的电荷想象成集中在球心的“点电荷”．这样可以解 决测量带电体之间距离的问题．
(2015· 北京六十七中期中)真空
中有两个静止的点电荷，若它们的电荷量保持不变，而把 它们之间的距离变为原来的3倍，则两电荷间的库仑力将 变为原来的( A．9倍 1 C． 3 ) B．3倍 1 D． 9
Q1Q2 解析：根据库仑定律公式F＝k 2 可知，电荷量保持 r 不变，而把距离变为原来的3倍，则库仑力增大为原来的 1 ，D选项正确． 9
三个半径相同的不带电的金属小球 P先后与 M、N两球接
触后移开，这时M、N两球之间的相互作用力为( )
1 A．吸引力， F 8 3 C．排斥力， F 8
1 B．吸引力， F 4 3 D．排斥力， F 4
解析：因M、N间有吸引力，故M、N带异种电荷，设 M的电荷量qM＝＋Q，则N的电荷量qN＝－Q.因为P不带 Q 电，所以它与M接触后，qP＝qM′＝ ，再与N接触，qP＝ 2 Q －Q＋ 2 Q qMqN Q2 ＝－ ＝qN′，根据库仑定律F＝k 2 ＝k 2 ， 2 4 r r QQ · 2 4 Q2 1 F′＝k 2 ＝k 2，所以F′＝ F，为吸引力． r 8r 8
2．三个自由点电荷的共线平衡问题 若要使三个自由点电荷均处于平衡状态，三个电荷 的电荷量大小、电性关系及相对位置关系有如下特点： (1) 三自由点电荷电性必为“两同一异”．若三者均
带同种电荷，无论怎么放，外侧点电荷都不可能平衡．
(2)异种电荷必放中间．若异种电荷B放外侧，它本身 就不可能平衡．
(3) 放在内侧的异种电荷 B 电荷量最小．因为若 QB ＞ QC ， 则 FBA ＞ FCA ， A 不 能 平 衡 ； 若 QB ＞ QA ， 则 FBC ＞ FAC，C不能平衡． 可形象地概括为“三点共线、两同夹异，两大夹
答案：D
题型
2
库仑定律与电荷守恒定律的结合 有三个完全相同的金属小球A、B、C，A带
电荷量为7Q，B带电荷量为－Q，C不带电．将A、B固定
起来，然后让C球反复与A、B接触，最后移去C球，试问 A、B间的库仑力变为原来的多少？
【解析】
球平分．
题中所说“ C 与 A 、 B 反复接触 ” 隐含一
个解题条件：即 A、B原先所带电荷量的总和最后被三小
【答案】
B
【方法总结】
带电体能否简化为点电荷，是库仑定律应用中的关
键点．另一个条件是“真空”中，一般没有特殊说明的情 况下，都可按真空来处理． 求解实际带电体间的静电力，可以把实际带电体转 化为点电荷，再求解库仑力；对于不要求定量计算的实际
带电体间的静电力，可以用库仑定律定性分析．
变式训练 1-1
第2节
库仑定律
1．通过演示实验，定性了解电荷之间的作用力 大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关 系． 2．明确点电荷是个理想模型．知道带电体简化 为点电荷的条件，感悟科学研究中建立理想模型的 重要意义． 3．知道库仑定律的文字表述及其公式表述，通 过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样 性和统一性． 4．了解库仑扭秤实验．
他的力平衡，使物体发生形变，产生加速度． (4) 可将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者
分别进行．即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷
Q1 、 Q2 的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷 量的绝对值代入公式中从而算出力的大小；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．也可 将Q1、Q2 带符号运算， F为“＋”表示斥力， F为“－”
7Q－Q A、B两球最后带的电荷量为qA′＝qB′＝ ＝ 3 2Q. qAqB 7Q· Q kQ2 A、B两球原先的库仑力为F＝k 2 ＝k 2 ＝7 2 . r r r qA′qB′ 2Q· 2Q A、B两球最后的库仑力为F′＝k ＝k r2 r2 kQ2 4 4 ＝4 2 ，解得F′＝ F，即A、B间的库仑力变为原来的 . r 7 7 4 【答案】 7
要点四
库仑力的综合应用
1．库仑力的叠加原理 对于两个以上的点电荷，其中每一个点 电荷所受的总的库仑力，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．库仑力的合成和分解仍满足力的平行四边形定则． 任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，如果 知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和力的合成法 则，可以求出带电体间的静电力的大小和方向．
库仑定律仅适用于真空中两个点电荷间静电力的计 算，对于不能看做点电荷的带电体，不能直接应用库仑定
律计算静电力．对于两个均匀带电的球体，相距较远时也
可视为点电荷，此时r是两球心的距离．
3．应用库仑定律解题应注意的问题 (1) 真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟 两电荷的电荷量及间距有关，跟它们的周围是否有其他电 荷等无关．
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 的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，
作用力的方向在它们的连线上．电荷之间的这种作用力称
为静电力，又叫做库仑力．
(2)表达式 q1q2 F＝k 2 r 式中k叫做静电力常量，k＝9.0×109 N· m2/C2，表示两 个电荷量均为1 C的点电荷在真空中相距1 m时，相互作用 力为9.0×109 N. (3)适用条件 ①真空中；②点电荷．
而言的，不能单凭其大小和形状确定．
有的同学误认为“大的带电体一定不能看成点电 荷，小的带电体一定能看成点电荷”．
辨析： 一个带电体能否看成点电荷，并不在于它体
积的大小，而是应具体问题具体分析．即使是大的带电 体，在一定条件下，也可以看成点电荷，即使是小的带电 体，在一定条件下也不一定能看成点电荷．
题型
1
库仑定律及其适用条件
如图所示，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 ，关于两球之间的静电力，下列选项中正确的是 ( )
Q2 A．等于k 2 9r Q2 C．小于k 2 9r
Q2 B．大于k 2 9r Q2 D．等于k 2 r
【分析】
首先判断两个带电球能否简化成点电
库仑定律
当带电体间的距离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 影响可以忽略时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫 做点电荷．
(2)对点电荷的理解 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，实际上并不存在． ②一个带电体能否看做点电荷，是相对于具体问题
答案：A
题型
3
库仑定律与力的平衡的综合应用 (2014·河北区模拟)如图所示，A、B两个点
电荷的电量分别为＋ Q 和＋ q，放在光滑绝缘水平面上， A、 B之间用绝缘的轻弹簧连接．当系统平衡时，弹簧的 伸长量为x0.若弹簧发生的均是弹性形变，则( )
A．保持Q不变，将q变为2q，平衡时弹簧的伸长量等 于2x0
小，近小远大”．即三个电荷必须在同一直线上，且中间
近的电荷量小，与旁边两个为异种电荷，两边电荷靠近中 间近的电荷量较小，远的电荷量较大．
共线力的平衡问题可用直接合成法处理；若为三个 互成角度的力的平衡问题，常用直接合成法，即两个力的
合力和第三个力等大反向，也可用正交分解法处理；若为
多个互成角度的共点力的平衡问题，首先用正交分解法， 也可用平行四边形法．
要点三 1．实验原理
库仑的实验
库仑做实验用的装置叫做库仑扭 秤，如右图所示，AB是两端带有同样 重量的小金属球、质量均匀的绝缘 棒．装置中有一根弹性扭丝(细的金属 丝、石英玻璃丝等)拴在AB的中点O， 使AB水平地悬挂在顶端的一个旋转螺丝M上．C也是一根 绝缘棒，其上端装有小金属球．
当弹性扭丝处于自然状态时，调节螺丝，使 A与 C 接 触，接着使 C 带上电荷，因 A 、 C 之间的斥力，使 AB 转 动．当 A、C间的斥力产生的转动力矩与扭丝阻碍绝缘棒 AB转动的力矩达到平衡时，AB就静止在某一角度上．根 据这一角度，便可测出带电小球间的斥力．
B ．保持 q 不变，将 Q 变为 2Q ，平衡时弹簧的伸长量
小于2x0 C．保持Q不变，将 q变为－ q，平衡时弹簧的缩短量
等于x0
D．保持q不变，将Q变为－Q，平衡时弹簧的缩短量 小于x0
【解析】
Qq 系统处于平衡，k0x0处于平衡时，k0x1＝k ，联立 x＋x12 解得 x1＜2x0，故 A 选项错误，B 选项正确；当电性改变， Qq 电量不变，再次处于平衡时，k0x2＝k ，联立解得 x2 x－x22 ＞x0，故 C、D 选项错误．
(2) 两个点电荷之间相互作用的库仑力遵守牛顿第三
定律， 即两带电体间的库仑力是一对作用力与反作用 力．不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力 大．
(3) 库仑力也称为静电力，它具有力的共性．它与学 过的重力、弹力、摩擦力是并列的．它具有力的一切性
质，它是矢量，合成分解时遵循平行四边形定则，能与其
电荷量，比较小球受力大小的变化．
2．探究过程
实验现象
电荷量 一定时 离一定时 3.探究结果 电荷间的距离越 小，偏角越大 角越大
实验表明
库仑力大小随着距 离的减小而增大
电荷间的距 电荷量越大，偏
库仑力大小随着电
荷量的增大而增大
电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着 距离的增大而减小．
要点二 1．点电荷 (1)定义
荷，如不能简化成点电荷就不符合库仑定律的适用条件．
【解析】
两球间的距离和球本身的大小差不多，
不符合简化成点电荷的条件，因为库仑定律的公式计算只 适用于点电荷，所以不能用公式去计算．我们可以根据电