第一章2 库 仑 定 律—2020-2021 高中物理选修3-1学案

2库仑定律

素养目标定位)

※

知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法

※※掌握库仑定律的内容及公式，会用库仑定律求解有关问题

※通过静电力和万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性

,

素养思维脉络)

知识点1探究影响电荷间相互作用力的因素

实验

原理

如图所示，小球B受Q的斥力，丝线偏转。

B球平衡时，__F＝mg tan_θ__，θ变大，__F变大__

实验现象(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越__小__；(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越__大__

实验结论

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

__

1．库仑力

电荷间的__相互作用力__，也叫做静电力。

2．点电荷

(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__，实际并不存在。

(2)特点

①带电体间的距离比它们自身的大小__大得多__；

②带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷间的__作用力__的影响可以忽略。 3．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F 的大小，与它们的电荷量q 1、q 2

的__乘积__成正比，与它们的距离r 的__二次方__成反比，作用力的方向在它们的__连线__上。

(2)表达式：F ＝__k q 1q 2

r 2__，其中静电力常量k ＝__9.0×109__N·m 2/C 2。

方向：在两点电荷的连线上，同种电荷__相斥__，异种电荷__相吸__。 (3)适用范围：__真空中的点电荷__。

知识点3 库仑的实验

1．实验装置 库仑扭秤(如图所示) 2．实验步骤

(1)改变A 和C 之间的距离，记录每次悬丝 扭转的角度，便可找出力F 与__距离r __的关系。 (2)改变A 和C 的带电荷量，记录每次悬 丝扭转的角度，便可找出力F 与__电荷量q __之 间的关系。

3．实验结论

(1)力F 与距离r 的二次方成反比，即__F ∝1

r

2__。

(2)力F 与q 1和q 2的乘积成正比，即__F ∝q 1q 2__。所以F ∝q 1q 2r 2或F ＝k q 1q 2

r

2。

思考辨析

『判一判』

(1)两电荷的带电量越大，它们间的静电力就越大。( × )

(2)两电荷的带电量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。( √ ) (3)很小的带电体就是点电荷( × )

(4)两点电荷之间的作用力是相互的，其方向相反，但电荷量大的对电荷量小的电荷作

用力大。( × )

(5)当两个电荷之间的距离r →0时，根据F ＝k q 1q 2

r 2推出，两电荷之间的库仑力F →∞。

( × )

『选一选』

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 ，带等量异号电荷，电荷量均为q ，两球之间的库仑力( B )

A ．等于k q 2

9r 2

B ．大于k q 2

9r 2

C ．小于k q 2

9r

2

D ．等于k q 2

r

2

解析：由题意可知，两球不能看成点电荷，又因为两球电荷间的吸引作用，电荷将偏向吸引的一侧，根据库仑定律，两球间的相互作用力大小F >kq 2

gr

2，故选B 。

『想一想』

用干燥的纤维布分别与两张薄塑料片摩擦一下，然后将两张塑料片靠近发现它们相互排斥(如图)。通过此现象说明摩擦后的透明塑料片之间的相互作用力不是万有引力，试叙述你的理由。

解析：理由一：透明塑料片互相排斥，而万有引力使物体相互吸引，显然这种排斥力不是万有引力。

理由二：像透明塑料片这样质量小的物体之间存在的万有引力很小，我们一般无法观察到明显的受力情况。而摩擦后的塑料片之间的相互作用力可以明显观察到，显然不是万有引力。

理由三：这种力的存在和大小取决于透明塑料片是否受到摩擦，万有引力与是否摩擦无关

，

因

此

这

种

力

不

是

万

有

引

力

。

探究一 对点电荷的理解

S

思考讨论

i kao tao lun 1

“嫦娥四号”月球探测器发射升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有及时导走，在研究月球上的“嫦娥四号”与地球(地球带负电)的静电力时，能否把“嫦娥四号”看成点电荷？为什么？

提示：能。因为月地之间的距离远大于带电体的线度。

G 归纳总结

ui na zong jie

1．点电荷是理想化的物理模型

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．带电体看成点电荷的条件

(1)一个带电体能否看成点电荷，要看它本身的线度是否比它们之间的距离小得多。即使是比较大的带电体，只要它们之间的距离足够大，也可以视为点电荷。

(2)带电体的线度比相关的距离小多少时才能看成点电荷，还与问题所要求的精度有关。在测量精度要求的范围内，带电体的形状及大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，带电体就可以看成点电荷。

特别提醒：(1)从宏观意义上讨论电子、质子等带电粒子时，完全可以把它们视为点电荷。

(2)带电的物体能否看成点电荷，有时还要考虑带电体的电荷分布情况。

D 典例剖析

ian li pou xi

典例1(2019·上海交通大学附属中学高二上学期期中)关于点电荷，下列说法正确的是(D)

A．只有体积很小的带电体才可以看作点电荷

B．只有球形带电体才可以看作点电荷

C．只有带电量很少的带电体才可以看作点电荷

D．带电体能否被看作点电荷既不取决于带电体大小，也不取决于带电体的形状

解题指导：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来确定。

解析：当带电体的大小和形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作