(课堂设计)2014-2015高中物理 1.2 探究电荷相互作用规律课件 沪科版选修3-1

解析：两个点电荷间的距离不变，其中一个 1 3 电荷量增加了 ，则电荷量变为原来的 ，根据库 2 2 Q1Q2 仑定律的数学表达式 F＝k 2 可知，若保持相 r 互作用力不变， 则应让另一个电荷的电荷量变为 2 1 原来的 ，即减少了 .所以选项 C 正确． 3 3
答案：C
3．关于静电力常量，下列说法中正确的是( ) A．由k＝F· r2/Q1Q2可知，当两个点电荷之间的距 离r越大，两个点电荷电量的乘积Q1Q2越小时，静电力 常量k的值就越大 B．k是一个无单位的常数 C．因为静电力有方向，所以k是一个矢量 D．k在数值上等于两个1 C的点电荷相距1 m时的 相互作用力的大小
答案：D 【题后反思】 库仑定律适用于点电荷，对于 带电球体，由于电荷间的相互作用会使电荷分布 不均匀，这点与万有引力不同，应引起注意．
如图1－2－1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， 电荷量绝对值均为Q，两球之间的静 电力为 ( )
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
q1q2 C．F<k 3R2 D．无法确定
解析：因为球心距离不比球的半径大很多，所以 不能看成点电荷，必须考虑电荷在球体上的分布，当 q1、q2 为同种电荷时，相互排斥，电荷分布于最远的 两侧，电荷中心间距离大于 3R；当 q1，q2 为异种电荷 时，相互吸引，电荷分布于最近的两侧，电荷中心距 q1q2 离小于 3R.如图所示，所以静电力可能小于 k 2， 3R q1q2 也可能大于 k .故正确答案为 D. 3R2
（3）一个带电体能否看作点电荷,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，如果考虑它和相距10 m处某 个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷，而如 果这个电子离带电圆盘只有1 mm，那么这一带电圆盘 又相当于一个无限大的带电平面. 【例1】 关于点电荷的说法，正确的是 ( ) A.只有体积很小的带电体，才能看作点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看作点电荷 C.点电荷一定是电荷量很小的带电体 D.两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电 荷集中在球心的点电荷处理
图1-2-1
答案：B
判断三个点电荷受库仑力作用下的平衡 物体处于平衡的条件，F合＝0，每个电荷都处于 平衡，则每个电荷受到其它两个电荷对它的库仑力等 大反向． 【例3】如图1－2－2所示， q1、q2、q3分别表示在一条直线上 的三个点电荷，已知q1与q2之间的 距离为l1，q2与q3之间的距离为 l2，且每个电荷都处于平衡状态．
7 当 A、C 两球接触时，两球均带电 Q 2
当 B、C 两球接触时，两球均带电 17 5 ( Q－Q)＝ Q 22 4 7 5 Q·Q 2 4 故后来 A、 B 两球间的作用力 F′＝k 2 ② r F′ 5 由①、②两式知 F ＝ . 8 5 答案： 8
对点电荷的理解 点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大 得多,以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它 们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带 电体就可以看作带电的点，叫做点电荷. （1）点电荷具有相对意义，带电体的尺寸不一 定很小，带电荷量也不一定很小，应视具体问题而定. （2）点电荷是一种科学的抽象，真正的点电荷 是不存在的，这个特点类似于力学中的质点.
图1-2-2
(1)如q2为正电荷，则q1为____电荷，q3为____电荷； (2)q1、q2、q3三者电量大小之比是________． 解析：(1)已知三点电荷在一直线上，且每个电荷都 处于平衡状态，如q2带正电荷，q1和q3必带负电； (2)由力的平衡条件和库仑定律有 q1q2 q2q3 q1q2 q1q3 对 q2 k 2 ＝k 2 ，对 q1 k 2 ＝k ， l1 l2 l1 l1＋l22 l1 2 l1 2 ∴q1∶q2∶q3＝ 2q3∶ 2q3∶q3 l2 l1＋l2 l1＋l2 2 l1＋l2 2 ＝( ) ∶1∶( ). l2 l1 l1＋l2 2 l1＋l2 2 答案：(1)负 负 (2)( ) ∶1∶( ) l2 l1
第2课时
探究电荷相互作用规律
学 习 目 标
思 维 启 迪
自然界中存在两种电 1.掌握库仑定律，知道点电 荷，并且我们知道同种电 荷的概念 ，理解库仑定 荷相斥，异种电荷相吸， 律的含义及其公式表达， 既然电荷之间存在相互作 知道静电力常量． 用，那么电荷之间相互作 2.会用库仑定律的公式进行 用力的大小决定于哪些因 有关的计算． 素呢？与万有引力之间是 3.知道库仑扭秤的实验原理. 否具有相似的规律性呢？
解析：在研究带电体间的相互作用时，如果带 电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体本 身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来 说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷．但 点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电荷量也 可以很大．点电荷这个概念与力学中的“质点”类似， A、B、C选项均不对，D选项正确． 答案：D 【题后反思】 点电荷概念的理解可以参照质点 概念的理解，一个电荷能不能看成点电荷，并不是 取决于这个带电体的绝对体积，而是取决于自身的 大小和体积对所研究的问题有没有影响．
【题后反思】 根据库仑定律和力的平衡条件， 可推出三个自由点电荷平衡的条件是：三个电荷 在同一直线上，位于中间的电荷带电量最小，与 两侧电荷异号，并靠近两侧电荷中带电量较小的 那一个．概括成易记的口诀即为：“三点共线，两 同夹异，两大夹小，近小远大．”
有两个带电小球，电荷量分别为＋Q和 ＋9Q，在真空中相距0.4 m．如果引进第三个 带电小球，正好使三个小球都处于平衡状态， 第三个小球带哪种电荷？应放在什么地方？ 电荷量是Q的几倍？ 答案：负电 由小球连线上离Q的距离 9 0.1 m处 电荷量 q＝ Q 16
知识梳理
一、库仑定律 1．库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间相 互作用力的大小，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 _____ 连线上 ． 向在它们的_______ 库仑力． (1)电荷间的相互作用力称为静电力或______ (2)库仑定律适用于真空中两个静止的点电荷， 近似成立 ． 在空气中也_________
关于点电荷，以下说法正确的是 ( ) A．足够小的电荷，就是点电荷 B．一个电子，不论在何种情况下均可视为点 电荷 C．点电荷是一种理想化的模型 D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它 尺寸的绝对值，而是看它的形状和尺寸对相互作 用力的影响能否忽略不计 答案：CD
库仑定律 1．内容：真空中两个静止的点电荷间的作用力 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，作用力的方向沿着它 们的连线．同种电荷相斥，异种电荷相吸． Q1Q2 2．公式：静电力的大小：F＝k 2 ，其中 k 为 r
近似成立
Байду номын сангаас
(3)如果存在多个点电荷时，某点电荷受的静电力是 矢量和 ． 其他所有点电荷单独对其作用的静电力的_______ 2．点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小 大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它 忽略不计 时，这样的带 们之间相互作用力的影响可以_________ 电体就可以看作带电的点，叫做点电荷． 特点：(1)点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的 并不存在 ． 理想化模型，类似于力学中的质点，实际中________ (2)一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题 大小和形状 确定． 而言的，不能单凭其___________
二、库仑的实验 1．用库仑扭秤做实验时，改变两个球之间的 距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找到力F与 反比 ，即 距离r的关系：力F与距离r的二次方成_____
1 F∝ 2. r 2．电荷间的作用力与电荷量的关系：力F与 正比 ，即F∝q1q2.库仑定律的表达 q1和q2的乘积成_____ qq 式 F＝k 1 2 2 . r
静电力常量，k＝9×109 N· m2/C2.
3．方向：在两点电荷的连线上． 4．适用范围：适用于真空中两点电荷间的相互 作用．对于不能看成点电荷的带电体不能直接利用 库仑定律求解．但我们可以用一组点电荷代替实际 带电体，从而完成问题的求解． 【例2】 两个半径为R的带电金属球体所带电荷 量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的 静电力的大小为 ( ) q1q2 q1q2 A．F＝k B．F>k 3R2 3R2
基础自测
1．下列关于点电荷的说法正确的是 ( ) A．点电荷可以是带电荷量很大的带电体 B．带电体体积很大时不能看成点电荷 C．点电荷所带电荷量可能是2.56×10－20 C D．大小和形状对作用力影响可以忽略的带电 体可以看作点电荷 答案：AD
2．两个点电荷放在真空中保持一定距离，若 1 其中一个点电荷的电荷量增加了 ，但仍然保持它 2 们之间的相互作用力不变， 则另一个点电荷的电荷 量应该减少了 1 A. 5 1 B. 4 1 C. 3 ( 1 D. 2 )
解析：k是一个常数，与Q和r无关，与Q 和r所选的单位制有关．若各量都选用国际单 位制中的单位时，则k＝9.0×109 N· m2/C2，故 选项D正确． 答案：D
4．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？ 解析：由库仑定律知，开始时A、B两球间的作 用力： 7QQ F＝k 2 ① r
(1)在国际单位制中，电荷量的单位是库仑(C)， 牛顿 (N) 力的单位是________ ，距离的单位是 ______米 ．(m) (2)k是静电力常量，k＝________________ 9.0×109 N· m2/C2 ，其 意义是：两个电荷量为1 C的点电荷，在真空中相距 1 m时，相互作用力是_________N. 9.0×109