高中物理第一章静电场1.2库仑定律知识导航学案新人教

2 库仑定律
课标解读
1.明白点电荷的概念,体会科学研究中的理想模型方式.
2.明白库仑定律,理解它的含义及其表达式,明白静电力常数.会用库仑定律的公式进行有关运算.
3.对比静电力和万有引力,体会自然规律的多样性和统一性.
课前试探
1.什么是科学研究中的理想模型?
答案:在科学研究中往往要对研究对象进行简化,忽略掉不影响问题研究的次要因素,只保留对研究的问题有直接影响的主要因素,像力学中的质点.
2.为了研究静电作用,咱们要把带电体进行简化,抽象成理想模型.你能仿照质点把带电体简化吗?
答案:忽略掉带电体的几何形状和大小,保留它的电荷量和质量.
自主研学
1.力学中有一条规律,力与它们之间距离的平方成反比,这条规律的名称是_________.
2.电荷之间存在着的彼此作使劲称为_________或_________.在真空中两个静止的点电荷之间的彼此作使劲,与它们的_________的乘积成正比,与它们的_________的二次方成反比,作使劲的方向在它们的连线上.
3.库仑定律的表达式:F=_________,其中k=_________.
4.适用条件是: _________电荷,在_________中.
三点剖析
一、库仑在实验中是如何解决电荷带电荷量问题的?
图1-2-1
1.实验装置:如图1-2-1所示,银丝下端悬挂一根绝缘棒,棒的一端是带电金属球,另一端是不带电的平衡球.再插入另一个带电金属球.
2.实验原理:两带电球之间的彼此作用使悬挂银丝发生扭转.用扭转角度记录力的大小.库仑巧妙地解决了带电荷量的问题,即等大的金属球接触均分电荷量的方式.
二、如何理解库仑定律?
1.定律的内容:真空中两个点电荷之间的彼此作使劲,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们距离的平方成反比,作使劲的方向在它们的连线上.
2.表达式:F=k 221r
q q ,式中k 叫静电力常数,k=×109 N ·m 2 /C 2.你能够如此理解:两个电荷量为1 C 的点电荷在真空中相距1 m 时,彼此作使劲为×109 N.
3.适用条件:仅适用于真空中的两个点电荷间的彼此作用.在理解库仑定律时,不可由r →0时,得出F →∞的结论,虽然从数学角度讲这并无错,但从物理的角度分析,这一结论是错误的.因为当r →0时,两电荷已失去了点电荷的前提条件,不能再看成是点电荷了,因此,也就不能再直接用公式计算两个电荷间的彼此作使劲.
4.点电荷:任何带电体都有形状和大小,其上的电荷也不会集中在一点上.当带电体的间距比它们自身的大小大得多时,带电体的形状、大小及电荷的散布对它们之间的彼此作使劲的影响就可以够忽略不计,咱们就可以够把带电体看成带电的点,这就是点电荷.
三、万有引力定律和库仑定律对比
对比两个规律极具相似性,但本质不同,万有引力只有吸引力,库仑力既有吸引力又有排斥力.前者在天体间表现明显,后者在微观带电粒子间表现明显.
1.适用条件极为相似,前者是质点后者是点电荷.
2.都是场力.都是通过场来传递的,前者是引力场,后者是电场.
通过对比咱们发觉,自然法则虽然是多种多样的,但也有规律可循,也具有统一的一面.规律的表达那么简练,却揭露了自然界中深奥的道理,这就是自然界和谐多样的美. 精题精讲
例1 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.两球之间的静电力为下列选项中的哪个（ ）
A.等于229r Q k
B.大于229r Q k
C.小于229r Q k
D.等于22
9r Q k 思路解析
两球间的距离和球本身的大小差不多,不符合简化点电荷的条件,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.咱们能够按照电荷间的彼此作用的规律来作
一个定性分析.由于两带电体带等量异种电荷,电荷间彼此吸引,因此电荷在导体球上的散布不均匀,会向正对的一面集中,电荷间的距离就要比3r 小.按照库仑定律,静电力必然大于229r
Q k .电荷的吸引不会使电荷全数集中在相距为r 的两点上,所以说静电力也不等于22r Q k .正确选项为B.
答案:B
绿色通道
带电体可否简化为点电荷,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形下,都可按真空来处置.
例2 在真空中有两个相距为r 的点电荷A 和B,带电荷量别离为q 1=-q,q 2=4q.
(1)若A 、B 固定,在什么位置放入第三个点电荷q 3,可使的地方于平衡状态？平衡条件中对q 3的电荷量及正负有无要求?
(2)若以上三个电荷皆可自由移动,要使它们都处于平衡状态,对q 3的电荷量及电性有何要求?
(3)若q 1=q,第二问中的答案又如何?
思路解析
若q 1、q 2是固定的,要使q 3平衡,只要使q 1、q 2对q 3的静电力大小相等、方向相反即可.若是q 1、q 2、q 3三者都是不固定的,则要同时使三个电荷受的静电力的合力都等于零,需要同时分析三个电荷的受力情形.
图1-2-2
(1)让q 3受力平衡,必需和q 1、q 2在同一条直线上,因为q 1、q 2带异种电荷,所以q 3不可能在它们中间.再按照库仑定律,静电力和距离的平方成反比,可推知q 3应该在q 1、q 2的连线上q 1的外侧(离小电荷量电荷近一点的地方),如图1-2-2所示.设q 3离q 1的距离是x,按照库仑定律和平衡条件列式:2
13x q q k
=223)(r x q q k 将q 1、q 2的已知量代入得:x=r,对q 3的电性和电荷量均没有要求.
(2)要使三个电荷都处于平衡状态,就对q 3的电性和电荷量都有要求.第一q 3不能是一个负电荷,若是负电荷,q 1、q 2都不能平衡,也不能处在它们中间或q 2的外侧.按照库仑定律和平衡条
件列式如下:对213x q q k =223)(r x q q k +,对q 1:231x q q k =221r q q k ,解上述两个方程得:q 3=4q,x=r.
图1-2-3
(3)若q 1=q,则q 3应该是一个负电荷,必需放在q 1、q 2之间,如图1-2-3所示.按照库仑定律和平衡条件列式如下,
对q 1:213x q q k =221r
q q k 对q 3:213x q q k
=223)(x r q q k - 解上述方程得:q 3=4q/9,x=r/3.
答案:(1)x=r,对q 3的电性和电荷量均没有要求 (2)q 3=4q,x=r (3)q 3=4q/9 x=r/3 绿色通道
碰到这种问题,一般的处置方式是:①受力分析,分清受什么力;②状态分析,平衡状态仍是其他状态;③按照规律列方程求解.对本节内容的巩固是熟练掌握库仑定律.。