.2《探究静电力》课件(粤教版选修3-1)教案
2019-2020年高中物理 1.2《探究静电力》学案(粤教版选修3-1)
探究静电力 学案【例1】一根置于水平面上的光滑玻璃管（绝缘体），内部有两个完全相同的弹性金属球A 、B ，带电量分别为9Q 和－Q ，从图示位置由静止开始释放，问：两球再次经过图中位置时，两球的加速度是释放时的多少倍？【解析】弹性金属小球在玻璃管中的运动过程是这样的：（1）在它们之间库仑引力作用下的相向加速运动，由于两球完全相同，故它们在任意时刻加速度的大小相等；（2）碰撞过程中电荷量的重新分配，结果是两球带上了等量同种电荷；（3）在它们之间库仑斥力作用下的反方向的加速运动，在任意时刻加速度的大小仍相等。
设：图示位置A 、B 两球的距离为r ，球的质量为m ，它们之间相互作用的库仑力大小为F 1，则：此时A 、B 两球加速度的大小为：a A ＝a B ＝F 1/m ＝碰撞后A 、B 两球的带电量均为4Q ，它们再次经过图示位置时的库仑斥力的大小为F 2，则：此时A 、B 两球加速度的大小为：a A ’＝a B ’＝F 2/m ＝故两球再次经过图中位置时，两球的加速度是释放时的倍。
【例2】如图所示，一个半径为R 的圆环均匀带电，ab 是一个极小的缺口，缺口长为L （L<<R ），圆环的带电量为Q L （正电荷），在圆心处放置一个带电量为q 的负电荷，试求负电荷受到的库仑力。
【解析】首先讨论一个封闭圆环的情形。
如图a 所示，在圆环上任意取两个对称的点（很小的一段圆弧）P 、Q ，P 点对圆心处的负电荷的引力为F P ，Q 点对圆心处的负电荷的引力为F Q ，由库仑定律可知，这两个力一定大小相等，且方向相反，合力为零。
同理可知，在圆上任何一点都有与之对称的点，它们对圆心处的负电荷的合力均为零。
而圆环正是由无数对这样的点组成。
不难确定，圆环中心处的点电荷受力为零。
再讨论题中的情形，如图所示，只有与ab 缺口相对的那一部分圆弧没有与之对称的部分存在。
因此，处于圆心处的负电荷受到的力就是与缺口ab 对称的a ’b ’对它的引力。
2019-2020学年物理高中粤教版选修3-1课件：第1章 第2节 探究静电力
自主预习 合作探究 触类旁通
知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用
【例题】 由库仑定律可知,真空中两个静止的点电荷,带的电荷
量 为分F=别k���为���1������2���q���21,和式q中2,其k为间静距电离力为常r时量,.它若们用之国间际相单互位作制用的力基的本大单小位表示,k 的单位应为( )
自主预习 合作探究
知识精要 思考探究 典题例解
触类旁通
迁移应用
2.真空中有两个点电荷q1、q2,相距18 cm,已知q1带正电,其电荷 量为1.8×10-12 C,它们之间的引力大小为F=1.0×10-12 N,求q2的电 荷量及带电性质.
答案：2.0×10-12 C,负电 解析：由于是真空中两个点电荷,符合运用库仑定律解题的条件. 根据库仑定律 F=k������1������2������2 得: q2=������������������������21=2.0×10-12 C.
自主预习 合作探究 触类旁通
一、点电荷 本身的大小比相互之间的距离小得多的带电体,它是一个理想化 的模型.
现有一个半径为20 cm的带电圆盘,能否把它看作点电荷? 答案：能否把带电圆盘看作点电荷,不能只看大小,要视具体情 况而定.例如,若考虑它与10 m 远处的一个电子的作用力时,完全可 以把它看作点电荷;若电子距圆盘只有1 mm时,这一带电圆盘又相 当于一个无限大的带电平面,而不能看作点电荷.
自主预习 合作探究 触类旁通
第二节 探究静电力
目标导航 预习导引
自主预习 合作探究 触类旁通
1.理解点电荷的概念.
学习目标
2.通过对演示实验的观察和思考,概括出两个点电荷之 间的作用规律.
3.掌握库仑定律的内容,会用库仑定律进行简单计算.
物理1.2《探究静电力》课件(粤教版选修3-1)
3．点电荷只具有相对意义 一个带电体能否看成点电荷，是相对于具体问
题而言的，不能单凭其大小和形状确定． 4．注意区分点电荷与元电荷 (1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的 绝对值，是电荷量的最小单位． (2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是 带电个体，其带电量可以很大也可以很小，但
它一定是一个元电荷电量的整数倍．
第二节 探究静电力
课标定位
学习目标：1.正确理解点电荷的模型，知道实际 带电体能看成点电荷的条件．
2．掌握库仑定律的内容及公式，理解库仑定律 的适用条件．
3．运用库仑定律并结合力学规律求解有关问 题．
重点难点：库仑定律的内容及公式的理解和应 用．
一、点电荷 1．点电荷：如果一个带电体，它本身的__大__小__ 比起它到其他带电体的__距__离_____小得多，那么 在研究它与其他带电体的相互作用时，可以忽略 电荷在带电体上的具体分布情况，把它抽象成一 个几何点．这带电的几何点称为点电荷．
(4)适用条件：真空中的_____________．
思考感悟
现有一个半径为20 cm的带电圆盘，问能否把 它看成点电荷？ 提示：能否把带电圆盘看成点电荷，不能只 看大小，要视具体情况而定．若考虑它与10 m远处的一个电子的作用力时，完全可以把 它看成点电荷；若电子距圆盘只有1 mm时， 这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平 面，而不能看成点电荷．
律的适用条件理解不深，常会出现以下错解： (1)认为a、b既可以看成质点，也可以看成点电 荷，万有引力定律和库仑定律都适用，误选A. (2)认为a、b既不能看成质点，也不能看成点电 荷，万有引力定律和库仑定律都不适用，误选B.
共线的三个点电荷的平衡问题
例2 在真空中有两个相距r的点电荷A和B，带 电荷量分别为q1＝－q，q2＝4q. (1)若A、B固定，在什么位置放入第三个点电 荷q3，可使之处于平衡状态，平衡条件中对q3 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q3的电荷量及电性有何要求？ (3)若q1＝q，第(2)问中的答案又如何？
【教育课件】粤教版高中物理选修3-1第1章第2节《探究静电力》课件.ppt
•精 彩 回 眸
• 1．自然界中任何两个物体都相互_吸__引_____，引力的
方向在它连们线的上________，引力的大小与物体的质量
乘积成正比
平方成反比
m1和m2的F＝_G__m_r1m_2 _2______，与它们之间的距离r的
____________，万有引力公式：____________.
•知 识 梳 理
• 一、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__________时，这样的带电体 就忽可略以不看计作带电的点，叫做点电荷．
• 特点：(1)点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的
理想化模型，类似于力学中的质点，实际中
• 三、库仑定律
• 1．库仑定律：在真空中两个点电荷之间的作用力， 跟 二次它方们成的_电__荷__量_，的作乘正用积比力成的__方__向__在，它跟们它的们_的__距__离__的_， 反同比种电荷相互排斥，异种电荷连相线互上吸引．
• 【特别提醒】
• (1)电荷间的相互作用力称为静电力或库仑力．
• 2．点电荷是一个相对的概念，至于带电体的线度比 相关的距离小多少时它才能当作点电荷，要看问题 所要求的精确度而定．在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．
• 【特别提醒】 点电荷与力学中的质点类似，是在研 究复杂物理问题时引入的一种理想模型．不少物理 问题都与较多的因素有关，要研究其与所有因素的 关系是很困难的，抓住主要因素构建物理模型，才 可以简化研究过程．
上挖去半径为r(r≪R)的一个小圆孔A，此时置于球心
的点电荷所受电场力的大小为多少？(已知静电力常
探究静电力(粤教版选修3-1)
教案年月日总课时数：泛应用于各种新技术领域，给人们的生产和生活带来了深刻的变化。
为了正确地利用电，就必须懂得电的知识。
（二）进行新课教学过程设计（1）研究两种电荷及电荷间的相互作用实验一：用橡胶棒与毛皮摩擦后，放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。
提问一：为什么橡胶棒会吸引碎纸片？答：橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了，带电物体会吸引轻小物体。
提问二：注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况，会发现被橡胶棒吸起的纸片中，较大的纸片先落下来，这是为什么？答：带电体在空气中不断放电，使它带电量不断减少，因而吸引轻小物体的力也相应减小，所以较大纸片先落下来。
教师总结：在初中的学习中，我们已经知道，自然界存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。
用毛皮摩擦橡胶棒，用丝绸摩擦有机玻璃棒后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，有机玻璃棒带正电，丝绸带负电。
物体带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大，电荷的多少叫电量，电量的单位是库仑。
电子带有最小的负电荷，质子带有最小的正电荷，它们电量的绝对值相等，一个电子电量e=1.6×10-19C。
任何带电物体所带电量要么等于电子（或质子）电量，要么是它们的整数倍，因此，把1.6×10－19C称为基元电荷。
提问三：若将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片，会出现什么现象？答：毛皮带上正电，也会吸引轻小物体。
教师用实验验证学生的判断。
实验二：用云台支起一根橡胶棒，如图1所示，再将它与另一根橡胶棒并在一起，用毛皮摩擦它们的一端，使之带上同种电荷，再观察两端相互作用的情况，发现它们相斥，而且它们的距离越小斥力越大，过一会儿，它们间的作用力会明显减弱。
提问四：被毛皮摩擦过的橡胶棒的两端为什么会相斥？斥力的大小与什么因素有关？答：因为它们带上了同种电荷，而电荷间作用的规律是同种电荷相斥，异种电荷相吸，斥力的大小与电荷间的距离有关，距离越小，斥力越大，反之，距离越大，斥力越小；斥力的大小还与电量有关，电量越大，斥力越大。
高中物理第1章电场第2节探究静电力课件粤教版选修3_1
1．关于点电荷，下列说法正确的是( ) A．体积小的带电体 B．球形带电体 C．带电少的带电体 D．大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体
【解析】 点电荷不能理解为体积很小的电荷，也不能理解为电荷量很少 的电荷．同一带电体，有时可以作为点电荷，有时则不能，如果研究它与离它 较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究与离它较远的电荷间的 作用力时，就可以看成点电荷，因此，一个带电体能否看成点电荷，要视具体 情况而定．
[再判断] 1．体积很小的带电体都能看做点电荷．( × ) 2．体积很大的带电体一定不能看做点电荷．( × ) 3．点电荷是一种理想模型．( √ )
[后思考] 点电荷就是体积很小的带电体，这种说法对吗？为什么？ 【提示】 不对，体积很小的带电体也不一定能看做点电荷．
[合作探讨]
如图 1-2-1 所示，两质量分布均匀，半径为 r 的kqr1q2 2间的大小关系如何？
图 1-2-2
【提示】 F<kqr12q2. 探讨 2：若两球带异种电荷，两球间的库仑力
F
与
kqr1q2 2间的大小关系如何？
【提示】 F>kqr12q2.
【答案】 BD
1．点电荷不同于元电荷：元电荷是一个电子或质子所带电 荷量的绝对值，而点电荷与力学中质点相似，是在研究复杂问 题时引入的一种理想化模型．
2．一个带电体能不能看成点电荷，并不是取决于带电体的 绝对体积，而取决于自身大小和体积对所研究的问题有无影响．
库仑定律
[先填空] 1．基本方法：控制变量法． (1)探究电荷间的作用力的大小跟距离的关系： 电荷量不变时，电荷间的距离增大，作用力_减__小__；距离减小时，作用力 _增___大_． (2)探究电荷间作用力的大小跟电荷量间的关系 电荷间距离不变时，电荷量增大，作用力_增___大_；电荷量减小，作用力_减___小_．
粤教版高中物理选修3-1课件：第二节：探究静电力2
（金戈铁骑 整理制作）
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什么情况，可以把带电体可看做点电荷？
当带电体的大小和形状可以忽略，如：研究对象间 的距离远远大于带电体的大小。
判断
1、点电荷就是带电量很少的带电体 2、点电荷就是体积很小的带电体 3、体积很大的带电体肯定不能看成点电荷
适用条件：
1、真空中 2、点电荷
法国物理学家库仑
式中的k是一个常量，叫静电力常量。 是通过实验得出的，k=9×109N·m2/C2
例题：两个半径为r的带点小球所带的电荷
量分别是q1和q2，当两个球心相距3r时，相
互的静电力大小为
A、F=k
q1q2 9r2
B、F>k
q1q2 9r2
C、F<k
q1q2 9r2
D、无法确定
公式的计算，只需要代入数据，电荷的正负号不用 代入。先算出来的力的大小，再用电荷的正负号用 来判断是引力还是斥力。
可以看成点电荷
练习
2、关于库仑定律和万有引力定律，下列说法 中正确的是（）
√A、静电力和万有引力都不是通过直接接触而引起的 √B、库仑定律和万有引力定律分别只适用于点电荷之
间和质点之间的相互作用
√C、带电体都有质量，因此它们之间除了静电力，还 存在万有引力
√D、氢原子中的电子和原子核之间既存在静电力，也
存在万有引力
真空中两个静止点电荷间的相互
作用力，跟它们所带电荷量的乘
积பைடு நூலகம்正比，跟它们之间的距离的
二次方成反比，作用力的方向在
它们的连线上。这就是库仑定律。
这种电荷间的相互作用力
称为静电力
F=k
q1q2 r2
点电荷间相互作用的规律
1.2 探究静电力 学案(粤教版选修3-1)
1.2 探究静电力 学案（粤教版选修3-1）一、点电荷1．点电荷：本身的________比起它到其他带电体的距离__________的带电体和力学中的________模型一样，是一种科学的抽象，是一种理想化的物理模型．2．理想模型方法：是物理学常用的研究方法．当________受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住________因素，忽略__________因素，将其抽象为理想模型．二、库仑定律1．(1)探究电荷相互间作用力的大小跟距离的关系：保持电荷的电荷量不变，距离增大时，作用力______；距离减小时，作用力________．(2)探究电荷间相互作用力的大小跟电荷量的关系：保持两个电荷之间的距离不变，电荷量增大时，作用力________；电荷量减小时，作用力________．2．库仑定律：在真空中两个点电荷之间的作用力跟它们电荷量的乘积成________，跟它们间的距离的二次方成________，作用力的方向在它们的________，同种电荷相互______，异种电荷相互______．其表达式F ＝________，式中k 叫做静电力常量，k 的数值是__________．3．静电力：______间的相互作用力，也叫______．答案 一、1.大小 小得多 质点2.研究对象 主要 次要二、1.(1)减小 增大(2)增大 减小2.正比 反比 连线上 排斥 吸引 k q 1q 2r 2 9.0×109N ·m 2/C 23.电荷 库仑力一、点电荷[问题情境]1．点电荷是不是指带电荷量很小的带电体？是不是体积很小的带电体都可看做点电荷？2．点电荷与元点荷一样吗？3．什么叫理想模型方法？我们学过哪些理想化物理模型？答案 1.不是：一个物体能否被看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状而定．2．(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是最小的电荷量．(2)点电荷是不考虑带电体的大小和形状的理想化的带电体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是一个元电荷电荷量的整数倍．3．当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，而将研究对象抽象为理想模型．学过的理想化模型有点电荷和质点．要点提练 1.点电荷是只有电荷量，没有________和________的理想化模型．2．带电体看成点电荷的条件：当带电体间的______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时，这样的带电体就可以看做点电荷．答案 1.大小 形状 2.距离 二、库仑定律[问题情境] 将两个气球充气后挂起来，让它们碰在一起(图甲)．用毛织品分别摩擦两个气球相接触的部分(图乙)．放开气球后，你观察到什么现象？你能解释这个现象吗？你能得到气球间相互作用的规律与哪些因素有关吗？图11．通过课本实验我们得到了怎样的结论？2．实验中采用了什么方法？ Z+xx+k3．什么是库仑力？其大小如何确定？方向又如何确定？4．库仑定律及表达式与哪个定律相似？ 答案 1.实验表明，影响的因素有两电荷的电荷量及它们间的距离．(1)两电荷的电荷量：电荷间相互作用力随电荷量的增大而增大．(2)两电荷间的距离：电荷间相互作用力随电荷间距离的增大而减小．2．采用了控制变量法． 3．电荷间的相互作用力叫做静电力，又叫库仑力；其大小由公式F ＝kq 1q 2r 2计算；其方向根据同种电荷相斥，异种电荷相吸的原理，在二者连线上确定．4．与万有引力定律的表达式相似．[要点提炼]1．库仑定律：在真空中两个点电荷之间的作用力，跟它们的____________成正比，跟它们间的________的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．2．库仑定律的适用条件是：(1)__________；(2)__________．3．库仑定律的公式为F ＝____________.答案 1.电荷量的乘积 距离2.真空中 点电荷3.k q 1q 2r 2 [问题延伸]有人根据F= k q 1q 2r 2推出当r →0时，F →∞，正确吗？ 答案 从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析却是错误的，因为当r →0时，两带电体已不能看做点电荷，库仑定律不再适用了.例1 两个半径为R 的带电球所带电荷量分别为q 1和q 2，当两球心相距3R 时，相互作用的静电力大小为( )A ．F ＝k q 1q 2(3R )2B ．F ＞k q 1q 2(3R )2C ．F ＜k q 1q 2(3R )2D ．无法确定 解析 因为两球心距离不比球的半径大很多，所以两带电球不能看做点电荷，必须考虑电荷在球上的实际分布．当q 1、q 2是同种电荷时，相互排斥，分布于最远的两侧，电荷中心距离大于3R ；当q 1、q 2是异种电荷时，相互吸引，分布于最近的一侧，电荷中心距离小于3R ，如图所示．所以静电力可能小于k q 1q 2(3R )2，也可能大于k q 1q 2(3R )2，D 正确．答案 D变式训练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多的带电体B ．带电体体积很大时不能看成点电荷C ．点电荷的带电荷量可能是2.56×10－20 CD ．一个带电体能否看做点电荷应以具体情况而定答案 AD解析 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及带电荷量的多少来判断，因此A 、D 正确，B 错误．因为任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，所以C 错误．故正确选项为A 、D .例2 有三个完全一样的球A 、B 、C ，A 球带电荷量为7Q ，B 球带电荷量为－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 两球间的作用力变为原来的多少？思路点拨 求解此题应把握以下三点：(1)先据库仑定律写出原来A 、B 间库仑力的表达式．(2)据电荷均分原理确定接触后A 、B 的带电荷量．(3)再据库仑定律写出现在A 、B 间的库仑力．解析 设A 、B 两球间的距离为r ，由库仑定律知，开始时A 、B 两球之间的作用力为F ＝k 7Q ×Q r 2 当A 、C 两球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带电72Q ；当B 、C 两球接触时，两球均带电12(72Q －Q)＝54Q.故后来A 、B 两球之间的作用力F ′＝k 72Q ×54Q r 2＝58F. 答案 58Z,xx,k 变式训练2 两个分别带有电荷量－Q 和＋3Q 的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F ，两小球相互接触后将其固定距离变为r 2，则两球间库仑力的大小为( )A .112FB .34FC .43F D ．12F 答案 C解析 两金属球间原来的库仑力F ＝k Q·3Q r 2＝k 3Q 2r 2，两球接触后各带相同电荷量Q ′＝－Q ＋3Q 2＝Q ，又因它们的距离变为r 2，所以此时它们间的库仑力F ′＝k Q·Q (r 2)2＝k 4Q 2r 2＝43F ，故C 项正确．例3 两个正电荷q 1和q 2的电荷量都是3 C ，静止于真空中的A 、B 两点，相距r ＝2 m .(1)在它们的连线AB 的中点O 放入正电荷Q ，求Q 受的静电力．(2)在它们连线上A 点左侧P 点，AP ＝1 m ，放置负电荷q 3，q 3＝－1 C ，求q 3所受的静电力．思路点拨 解答本题时，可按以下思路分析：(1)q 1对Q 的库仑力；(2)q 2对Q 的库仑力；(3)库仑力的合力．解析 (1)依据库仑定律知道q 1、q 2对Q 的库仑力大小相等，方向相反，故合力为零．(2)如图，q 3受q 1的引力F 31，受q 2的引力F 32，方向向右，合力为F 3＝F 31＋F 32＝k q 1q 3r 2PA ＋k q 2q 3r 2BP＝3×1010N . 答案 (1)零 (2)3×1010 N ，方向向右变式训练3 如图2所示，两个点电荷，电荷量分别为q 1＝4×10－9 C 和q 2＝－9×10－9C ，两者固定于相距20 cm 的a 、b 两点上，有一个点电荷q 放在a 、b 所在直线上且静止不动，该点电荷所处的位置是( )图2A ．距a 点外侧40 cm 处B ．距a 点内侧8 cm 处C ．距b 点外侧20 cm 处D ．无法确定答案 A解析 此电荷电性不确定，根据平衡条件，它应在q 1点电荷的外侧，设距q 1距离为x ，由k q 1q x 2＝k q 2q (x ＋20)2，将数据代入，解得x ＝40 cm ，故A 项正确． 【即学即练】1．下列关于点电荷的说法中，正确的是( )A ．体积大的带电体一定不是点电荷B ．当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷C ．点电荷就是体积足够小的电荷D ．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体答案 B解析 带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论，故A 、C 、D 错．一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷．故B 正确．2．关于库仑定律，以下说法中正确的是( )A ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的带电体B ．库仑定律是实验定律C ．库仑定律仅适用于静止电荷间的相互作用D ．根据库仑定律，当两个点电荷间的距离趋近于零时，则库仑力趋近于无穷大 答案 B解析 一个带电体能否看做点电荷不以它的体积大小来确定，体积小的带电体不一定能视为点电荷，A 错．库仑定律是在大量的实验探究基础上总结出来的，B 对．库仑定律适用于真空中的点电荷，电荷间的库仑力与电荷的运动状态无关，C 错．当两带电体很近时，它们已不能看做是点电荷，库仑定律不再适用，不能再用k q 1q 2r 2来计算电荷间的库仑力，D 错． 3．相隔一段距离的两个点电荷，它们之间的静电力为F ，现使其中一个点电荷的电荷量变为原来的2倍，同时将它们间的距离也变为原来的2倍，则它们之间的静电力变为( )A .F 2B ．4FC ．2FD .F 4答案 A解析 F ＝k q 1q 2r 2，F ′＝k 2q 1q 2(2r )2＝12k q 1q 2r 2＝F 2，选A . 4．如图3所示，三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在一直线上，q 2与q 3间距离为q 1与q 2间距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比为( )图3A ．(－9)∶4∶(－36)B ．9∶4∶36C ．(－3)∶2∶(－6)D ．3∶2∶6答案 A解析 本题可运用排除法解答．分别取三个电荷为研究对象，由于三个电荷只在静电力(库仑力)作用下保持平衡，所以这三个电荷不可能是同种电荷，这样可立即排除B 、D 选项，故正确选项只可能在A 、C 中．若选q 2为研究对象，由库仑定律知：kq 2q 1r 2＝kq 2q 3(2r )2，因而得：1q1＝4q3，即q3＝4q1.选项A恰好满足此关系，显然正确选项为A.。
2016-2017学年高二物理粤教版选修3-1 第一章 第2讲 探究静电力 学案
第2讲 探究静电力[目标定位] 1.知道点电荷的概念.2.识记库仑定律的公式和适用条件，会用库仑定律进行有关的计算.一、点电荷点电荷：本身的大小比它到其他带电体的距离小的多的带电体，可以抽象为一个几何点，即点电荷.想一想 体积很小的带电体一定可以看做点电荷吗？答案 不一定，带电体看做点电荷的条件是带电体的形状、大小与电荷在其上的分布状况均无关紧要，所以体积小的带电体不一定可以看做点电荷.二、库仑定律1.探究方法：用变量控制法研究点电荷间的相互作用力与电荷量、距离的关系.2.内容：真空中两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间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.3.公式：F ＝k q 1q 2r 2，其中k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，叫做静电力常量.适用条件：(1)在真空中；(2)点电荷.想一想 当电荷q 1、q 2间的距离r →0时，由公式F ＝k q 1q 2r 2可知，两电荷间的相互作用力F →∞吗？ 答案 不是，当电荷q 1、q 2间的距离r →0时，已不能将q 1、q 2视为点电荷了，库仑定律不再适用.一、对点电荷的理解1.点电荷是理想化的物理模型，只有电荷量，没有大小、形状，类似于力学中的质点，是一种科学的抽象.2.一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确定.3.点电荷的带电荷量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍.例1 关于点电荷，下列说法中正确的是( )A.点电荷就是体积小的带电体B.球形带电体一定可以视为点电荷C.带电少的带电体一定可以视为点电荷D.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答案 D解析 点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体.同一带电体，有时可以看做点电荷，有时则不能，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看做点电荷.带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A 、B 、C 均错.二、对库仑定律的理解和应用1.静电力的确定(1)大小计算：利用库仑定律计算静电力大小时不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q 1和q 2的绝对值即可.(2)方向判断：利用同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断.2.两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律，即不论电荷量大小如何，两点电荷间的库仑力大小总是相等、方向相反.注意 (1)库仑定律只适用于可视为点电荷的带电体之间；(2)两个规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷，两点电荷之间的距离为球心之间的距离，相距较近时不能看作点电荷，此时球体间的作用力会随着球面电荷的分布而变化.例2 有三个完全一样的金属小球A 、B 、C ，A 球带的电荷量为7Q ，B 球带的电荷量为－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？答案 58解析 设A 、B 两球间的距离为r ，由库仑定律知，开始时A 、B 两球之间的作用力为F ＝k 7Q ×Q r 2. 当A 、C 两球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带有的电荷量为72Q . 当B 、C 两球接触时，两球均带有的电荷量为12×(72Q －Q ) ＝54Q .故现在A 、B 两球间的作用力F ′＝k 72Q ×54Q r 2＝58F . 所以F ′F ＝58. 借题发挥 若两个金属小球的电荷量分别为Q 1、Q 2，第三个完全相同的不带电的金属球与它们无限次接触后，三个金属球平分总电荷量，即Q 1′＝Q 2′＝Q 3′＝Q 1＋Q 23. 三、静电力的叠加静电力也称为库仑力，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.空间中有多个电荷时，某电荷所受的静电力是其他所有电荷单独对其作用的静电力的矢量和(力的合成)，合成时遵循平行四边形定则.例3 如图1所示，在A 、B 两点分别放置点电荷Q 1＝＋2×10－14 C 和Q 2＝－2×10－14 C ，在AB 的垂直平分线上有一点C ，且AB ＝AC ＝BC ＝6×10－2 m.如果有一个电子在C 点，它所受的库仑力的大小和方向如何？图1答案 8.0×10－21 N 方向平行于AB 向左解析 电子在C 点同时受A 、B 点电荷对其的作用力F A 、F B ，如图所示，由库仑定律F ＝k q 1q 2r 2得F A ＝F B ＝k Q 1q r 2＝9.0×109×2×10－14×1.6×10－19(6×10－2)2 N ＝8.0×10－21 N.由平行四边形定则和几何知识得：静止在C 点的电子受到的库仑力F ＝F A ＝F B ＝8.0×10－21 N ，方向平行于AB 向左.借题发挥 当多个带电体同时存在时，每两个带电体间的库仑力都遵守库仑定律.某一带电体同时受到多个库仑力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力.这就是库仑力的叠加原理.四、静电力作用下的平衡问题1.静电力可以与其他的力平衡，可以使物体发生形变，也可以产生加速度.分析问题的思路与方法完全是力学问题的思路与方法.2.静电力作用下的共点力的平衡分析静电力平衡的基本方法：(1)明确研究对象；(2)画出研究对象的受力分析图；(3)根据平衡条件列方程；(4)代入数据计算或讨论.例4 如图2所示，把质量为3 g 的带电小球B 用绝缘细绳悬起，若将电荷量为Q ＝－4.0×10－6 C 的带电球A 靠近B 球，当两个带电小球在同一高度相距r ＝20 cm 时，绳与竖直方向成α＝30°角，A 、B 球均静止.g 取10 m/s 2，求B 球所带的电荷量q .图2答案 －39×10－7 C 解析 对球B 受力分析，如图.根据共点力平衡条件，结合几何关系得到：F T sin 30°＝mgF T cos 30°＝F解得：F ＝mg tan 30°，根据库仑定律，有：F ＝k Qq r2 解得：q ＝39×10－7 C 即B 球所带的电荷量大小为q ＝39×10－7 C ，由于A 、B 是排斥作用，故B 带负电.对点电荷的理解1.(双选)下列说法中正确的是( )A.点电荷是一种理想模型，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.根据F ＝k q 1q 2r 2可知，当r →0时，F →∞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的问题的影响是否可以忽略不计答案 AD解析 点电荷是一种理想模型，一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是应具体问题具体分析，是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计.因此大的带电体一定不能看成点电荷和小的带电体一定能看成点电荷的说法都是错误的，所以本题A 、D 对.对库仑定律公式的理解和应用2.(双选)两个相同的金属小球(可视为点电荷)所带的电荷量之比为1∶7，在真空中相距为r ，把它们接触后再放回原处，则它们间的静电力可能为原来的( )A.47B.37C.97D.167答案 CD解析 如果两小球带同种电荷，由库仑定律可知F ＝k q ·7q r 2，F ′＝k 4q ·4q r 2，F ′＝167F ，D 选项正确；如果两小球带异种电荷，由库仑定律可知F ＝k q ·7q r 2，F ″＝k 3q ·3q r 2，F ″＝97F ，C 选项正确.故选C 、D.静电力的叠加3.如图3所示，电荷量为q 1和q 2的两个点电荷分别位于P 点和Q 点，已知放在P 、Q 连线上某点R 处的电荷q 受力为零，且PR ＝2RQ ，则( )图3A.q 1＝2q 2B.q 1＝4q 2C.q 1＝－2q 2D.q 1＝－4q 2答案 B解析 由静电力的叠加原理知：q 1与q 2分别对q 的作用力大小相等、方向相反.由于电荷q 处于q 1和q 2两点电荷之间，故q 1和q 2带同种电荷.根据库仑定律得kq 1q (PR )2＝kq 2q (RQ )2，PR ＝2RQ 解得：q 1＝4q 2.库仑力作用下的平衡4. 两根光滑绝缘棒在同一竖直平面内，两棒与水平面间均成45°角，棒上各穿有一个质量为m 、电荷量为Q 的相同小球，如图4所示.现两小球均处于静止状态，已知重力加速度g ，求两小球之间的距离L .图4答案 kQ 2mg解析 对其中任意小球受力分析，如图所示，受竖直向下的重力、垂直于棒的弹力、水平方向的库仑力，三者的合力为零.库仑力F ＝k Q 2L 2，有平衡关系得F mg＝tan 45°， 解得L ＝kQ 2mg.(时间：60分钟)题组一 库仑定律的理解1.关于库仑定律，下列说法中正确的是 ( )A.库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体B.根据F ＝k q 1q 2r2，当两电荷的距离趋近于零时，电场力将趋向无穷大 C.若点电荷q 1的电荷量大于q 2的电荷量，则q 1对q 2的电场力大于q 2对q 1的电场力D.库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律答案 D解析 点电荷是实际带电体的近似，只有带电体的大小和形状对电荷间的作用力影响可忽略不计时，实际带电体才能视为点电荷，故选项A 错误；当两个电荷之间的距离趋近于零时，不能再视为点电荷，公式F ＝k q 1q 2r2不能用于计算此时的电场力，故选项B 错误；q 1和q 2之间的电场力是一对相互作用力，它们的大小相等，故选项C 错误；库仑定律与万有引力定律的表达式相似，研究和运用的方法也很相似，都是平方反比定律，故选项D 正确.2.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是 ( )A.每个点电荷的电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变B.保持点电荷的电荷量不变，使两个电荷间的距离增大到原来的2倍C.一个点电荷的电荷量加倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时使两个点电荷间的距离减小为原来的12D.保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小为原来的14答案 A解析 根据库仑定律F ＝k q 1q 2r 2可知，当r 不变时，q 1、q 2均变为原来的2倍，F 变为原来的4倍，A 正确；同理可求得B 、C 、D 中F 均不满足条件，故B 、C 、D 错误.3.用控制变量法，可以探究影响电荷间相互作用力的因素.如图1所示，O 是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P 1、P 2、P 3等位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小.这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来.若带电物体O 的电荷量用Q 表示，小球的电荷量用q 表示，带电物体O 与小球间距离用d 表示，带电物体O 和小球之间的作用力大小用F 表示.则以下对该实验现象的判断正确的是( )图1A.保持Q 、q 不变，增大d ，则θ变大，说明F 与d 有关B.保持Q 、q 不变，减小d ，则θ变大，说明F 与d 成反比C.保持Q 、d 不变，减小q ，则θ变小，说明F 与q 有关D.保持q 、d 不变，减小Q ，则θ变小，说明F 与Q 成正比答案 C4.半径为R 、相距较近的两个较大金属球放在绝缘桌面上.若两球都带等量同种电荷Q 时，它们之间的电场力为F 1，两球带等量异种电荷Q 与－Q 时，电场力为F 2，则( )A.F 1＞F 2B.F 1＜F 2C.F 1＝F 2D.不能确定答案 B解析因为两个金属球较大，相距较近，电荷间的相互作用力使电荷分布不均匀，故不能简单地把两球看成点电荷.带等量同种电荷时，两球的电荷在距离较远处分布得多一些，带等量异种电荷时，两球的电荷在距离较近处分布得多一些，可见带等量同种电荷时两球电荷中心间距离大于带等量异种电荷时电荷中心间距离，所以有F1＜F2，故B项正确.5.A、B两个大小相同的金属小球，A球所带的电荷量为＋6Q，B球所带的电荷量为－3Q，当它们在远大于自身直径处固定时，其间静电力大小为F.另有一大小与A、B相同的不带电小球C，若让C先与A接触，再与B接触，拿走C球后，A、B间静电力的大小变为() A.6F B.3F C.F D.零答案 D解析C与A、B接触后，A、B所带的电荷量分别为＋3Q、0，故此时A、B间的静电力为零.6.如图2所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定()图2A.两球都带正电B.两球都带负电C.大球受到的静电力大于小球受到的静电力D.两球受到的静电力大小相等答案 D解析两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同种电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故选项A、B都错；静电力遵循牛顿第三定律，两球受到的静电力大小相等，故C项错，D 项对.7.如图3所示，在绝缘的光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，从静止同时释放，则两个小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是()图3A.速度变大，加速度变大B.速度变小，加速度变小C.速度变大，加速度变小D.速度变小，加速度变大答案 C 解析 因电荷间的电场力与电荷的运动方向相同，故电荷将一直做加速运动，又由于两电荷间距离增大，它们之间的静电力越来越小，故加速度越来越小.题组二 库仑力的叠加8.如图4所示，在一条直线上的三点分别放置Q A ＝＋3×10－9 C 、Q B ＝－4×10－9 C 、Q C ＝＋3×10－9 C 的A 、B 、C 点电荷，则作用在点电荷A 上的作用力的大小为________ N.图4答案 9.9×10－4 解析 点电荷A 同时受到B 和C 的库仑力作用，因此作用在A 上的力应为两库仑力的合力.可先根据库仑定律分别求出B 、C 对A 的库仑力，再求合力.A 受到B 、C 电荷的库仑力如图所示，根据库仑定律有F BA ＝kQ B Q A r 2BA ＝9×109×4×10－9×3×10－90.012 N ＝1.08×10－3 N F CA ＝kQ C Q A r 2CA＝9×109×3×10－9×3×10－90.032 N ＝9×10－5 N 规定沿这条直线由A 指向C 为正方向，则点电荷A 受到的合力大小为F A ＝F BA －F CA ＝(1.08×10－3－9×10－5) N ＝9.9×10－4 N.9. 如图5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 . 且Q A ＝Q B ＝＋Q ，则在顶点C 处的电荷量为＋Q C 的点电荷所受的电场力大小为________，方向为________.图5答案 3 k QQ C L 2 沿AB 连线的中垂线向上解析 Q C 受力情况如图所示，Q A 、Q B 对Q C 的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变，仍然遵守库仑定律.Q A 对Q C 作用力：F A ＝k Q A Q C L 2，同种电荷相斥， Q B 对Q C 作用力：F B ＝k Q B Q C L 2，同种电荷相斥， 因为Q A ＝Q B ，所以F A ＝F B ，Q C 受力的大小：F C ＝3F A ＝3k QQ C L 2，方向为沿AB 连线的中垂线向上. 10.如图6所示，两个点电荷，电荷量分别为q 1＝4×10－9 C 和q 2＝－9×10－9 C ，两者固定于相距20 cm 的a 、b 两点上，有一个点电荷q 放在a 、b 所在直线上，且静止不动，该点电荷所处的位置是何处( )图6A.a 的左侧40 cmB.a 、b 的中点C.b 的右侧40 cmD.无法确定答案 A解析 根据平衡条件，它应在q 1点电荷的左侧，设距q 1距离为x ，有k q 1q x 2＝k q 2q (x ＋20)2，将q 1＝4×10－9 C ，q 2＝－9×10－9 C 代入，解得x ＝40 cm ，故选项A 正确.题组三 库仑力作用下的平衡11.(双选)如图7所示，把一带正电的小球a 放在光滑绝缘斜面上，欲使球a 能静止在斜面上，需在MN 间放一带电小球b ，则b 可以( )图7A.带正电，放在A 点B.带负电，放在B 点C.带负电，放在C 点D.带正电，放在C 点答案 AC解析 小球a 受到重力、支持力和电场力的作用处于平衡状态时，才能静止在斜面上.可知只有小球b 带负电，放在C 点；或带正电，放在A 点，可使a 所受合力为零，故选A 、C.12.如图8所示，把一带电荷量为Q ＝－5×10－8 C 的小球A 用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为q ＝＋4×10－6 C 的带电小球B 靠近A ，当两个带电小球在同一高度相距30 cm 时，物体A 处于平衡状态，此时绳与竖直方向成45°角，取g ＝10 m /s 2，k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，且A 、B 两小球均可视为点电荷，求：图8(1)A 、B 两球间的库仑力；(2)A 球的质量.答案 (1)0.02 N (2)2×10－3 kg. 解析 (1)由库仑定律得：F ＝k Qq r 2 代入数据：F ＝0.02 N.故A 、B 两球间的库仑力为0.02 N.(2)由牛顿第三定律知，B 所受库仑力与A 所受库仑力大小相等，对A受力分析如图所示：根据物体平衡得：F ＝mg tan α代入数据得：m ＝2×10－3 kg.故A 球的质量为：m ＝2×10－3 kg.13.如图9所示，A 、B 是两个带等量同种电荷的小球，A 固定在竖直放置的10 cm 长的绝缘支杆上，B 静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A 等高，若B 所带的质量为30 3 g ，则B 所带的电荷量是多少？(取g ＝10 m/s 2)图9答案 1.0×10－6 C 解析 因为B 静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A 等高，设A 、B 之间的水平距离为L .依据题意可得：tan 30°＝h L ，L ＝h tan 30°＝1033cm ＝10 3 cm ，对B 进行受力分析如图所示，依据平衡条件解得库仑力 F ＝mg tan 30°＝303×10－3×10×33 N ＝0.3 N.依据F ＝k q 1q 2r 2得：F ＝k Q 2L 2.解得：Q ＝FL 2k ＝0.39×109×103×10－2 C ＝1.0×10－6 C.。
1.2探究静电力 学案(2020年粤教版高中物理选修3-1)
1.2探究静电力学案（2020年粤教版高中物理选修3-1）第二节第二节探究静电力探究静电力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1.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.2.了解库仑扭秤实验，体会实验的巧妙之处科学思维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.点电荷1定义可以抽象成一个几何点的带电体2特点1本身的大小比它到其他带电体的距离小得多2研究它与其他带电体的相互作用时，可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况3点电荷是一种理想化的物理模型，和力学中的质点模型一样，是一种科学的抽象3理想化模型当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想模型，从而使问题的处理大为简化二.库仑定律1探究影响静电力大小的因素1图1中，A为一固定的导体小球，B.C为相同的轻质导体小球图12实验原理轻质小球的偏角大小反映静电力的大小研究静电力与距离和电荷量的关系，要采用控制变量法3实验探究使小球A.B.C带同种电荷且qBqC，使rACrAB，观察到小球B的偏角大于选填“大于”“小于”或“等于”小球C的偏角结论q一定时，r越大，F越小；r越小，F越大使A.B球带同种电荷，C球不带电，且保持rAB一定，让C球与B球接触后再移走C球，观察到B的偏角变小结论r一定时，q越小，F越小总结静电力F的大小与带电体的电荷量q及带电体间的距离r都有关q越大，r越小，则F越大；反之则F越小2库仑定律1内容在真空中两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间的距离的二次方成反比作用力的方向在它们的连线上2公式Fkq1q2r2其中k9.0109Nm2/C2，叫静电力常量3适用条件真空中；点电荷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________倍答案14一.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r0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用3两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4两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Fkq1q2r2，当两电荷之间的距离r0时，两电荷之间的库仑力F答案C解析点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体同一带电体，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看成点电荷，带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A.B错误，C正确两电荷距离r0时，不能看做点电荷，库仑定律不再适用，D错误例2甲.乙两导体球，甲球带有4.81016C的正电荷，乙球带有3.21016C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答案11.381019N引力25.761021N斥力3不能解析1因为两球的半径都远小于10cm，因此可以作为两个点电荷考虑由库仑定律有Fk|q1q2|r29.01094.810163.210160.12N1.381019N两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力2如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球带的电荷量为q1q24.810163.210162C81017C，两个电荷之间的斥力为F1kq1q2r25.761021N.3由于两球不同，分开后分配的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两球间的作用力点拨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Q121014C和Q221014C在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102m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答案见解析解析电子带负电荷，在C点同时受A.B两点电荷的作用力FA.FB，如图所示由库仑定律Fkq1q2r2得FAkQ1er29.0109210141.6101961022N8.01021N，同理可得FB8.01021N.由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C 点的电子受到的库仑力FFAFB8.01021N，方向平行于AB连线由B指向A.针对训练xx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ab8cm.ac6cm.bc10cm，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3A同号电荷，n925B同号电荷，n27125C异号电荷，n925D异号电荷，n27125答案D解析由题意知b37，a90，由小球c所受库仑力合力的方向知a.b带异号电荷，小球a.b对小球c的作用力如图所示Fakqaqcrac2Fbkqbqcrbc2sin37FaFb由得nqaqb27125，选项D正确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FkQ1Q2r2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答案AD解析点电荷是一种理想化模型，实际中并不存在一个带电体能否看成点电荷不是看其尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究问题的影响能否忽略不计，A.D对2库仑定律的理解xx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Fkq1q2r2，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答案D解析如果带电体的形状.大小以及电荷分布对所研究问题的影响可以忽略不计，则可将它看做点电荷，故A错误两个带电体间的距离趋近于零时，带电体已经不能看成点电荷了，Fkq1q2r2不再适用，故B错误根据牛顿第三定律得B受到的静电力和A受到的静电力大小相等，故C 错误库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷，故D正确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.F3B.F4C.3F8D.F2答案C解析假设金属小球A.B开始时带电荷量为Q，A.B小球间距为r，根据库仑定律可知，小球A.B间库仑力FkQ2r2，C与A球接触分开后QAQC12Q，然后C 球与B球接触分开后QBQCQQ2234Q，则A.B间库仑力FkQAQBr2k12Q34Qr238kQ2r238F.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QA.QB，QAQBQ，求在顶点C处带电荷量为QC的正点电荷所受的静电力图4答案3kQQCL2，方向与AB连线垂直向上解析正点电荷QC在C点的受力情况如图所示，QA.QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变，仍然遵循库仑定律QA对QC的作用力FAkQAQCL2，沿AC的延长线方向QB对QC的作用力FBkQBQCL2，沿BC的延长线方向因为QAQBQ，所以FAFB，则QC所受合力的大小F3FA3kQQCL2，方向与AB连线垂直向上。
2022-2021学年高二物理粤教版选修3-1 探究静电力 课件（29张）
例4 如图2所示，把质量为3 g的带电小球B用绝缘
细绳悬起，若将电荷量为Q＝－4.0×10－6 C的带电
球A靠近B球，当两个带电小球在同一高度相距r＝
20 cm时，绳与竖直方向成α＝30°角，A、B球均静
止.g取10 m/s2，求B球所带的电荷量q.
图2
解析 对球B受力分析，如图.
根据共点力平衡条件，结合几何关系得到：
静电力的叠加 3.如图3所示，电荷量为q1和q2的两个点电荷分别位于P点和Q 点，已知放在P、Q连线上某点R处的电荷q受力为零，且PR ＝2RQ，则( )
A.q1＝2q2 C.q1＝－2q2
图3 B.q1＝4q2 D.q1＝－4q2
解析 由静电力的叠加原理知：q1与q2分别对q的作用力大 小相等、方向相反.由于电荷q处于q1和q2两点电荷之间，故 q1和q2带同种电荷. 根据库仑定律得kPqR1q2＝kRqQ2q2，PR＝2RQ 解得：q1＝4q2. 答案 B
第一章——
第2讲 探究静电力
目标定位 1.知道点电荷的概念. 2.识记库仑定律的公式和适用条件，会用库仑定律进 行有关的计算.
1 预习导学 2 课堂讲义 3 对点练习
梳理·识记·点拨 理解·深化·探究 巩固·应用·反馈
预习导学
梳理·识记·点拨
一、点电荷 点电荷：本身的大小比它到其他带电体的距离小的多 的带电体，可以抽象为一个几何点，即点电荷.
注意 (1)库仑定律只适用于可视为点电荷的带电体之间； (2)两个规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷，两 点电荷之间的距离为球心之间的距离，相距较近时不能 看作点电荷，此时球体间的作用力会随着球面电荷的分 布而变化.
例2 有三个完全一样的金属小球A、B、C，A球带的电荷量 为7Q，B球带的电荷量为－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 设 A、B 两球间的距离为 r，由库仑定律知，开始时 A、B 两球之间的作用力为 F＝k7Qr×2 Q.
2019-2020年新课标粤教版3-1 选修三1.2《探究静电力》 WORD教案2
第二节2019-2020年新课标粤教版3-1 选修三1.2《探究静电力》WORD教案2【教学目标】1、知识与技能：①、了解库仑定律的建立过程和相关的物理学史。
②、知道点电荷的物理意义。
③、理解真空中的库仑定律以及适用条件。
④、知道静电力常量k的物理意义、数值和单位。
⑤、会用库仑定律解决涉及点电荷静电力计算的简单问题。
2、过程与方法①、提出问题——猜想与假设——实验验证——得出结论——反思评价②、控制变量的科学研究方法，理想化模型、放大、转化、类比、以及对称、守恒的思想方法。
3、情感态度与价值观利用库仑定律建立的过程以及相关的物理学史培养学生的科学素养。
【重点】库仑定律的建立过程对库仑定律的理解和应用。
【难点】探究库仑定律的定性演示和库仑扭秤实验的验证过程。
【教学准备】多媒体课件、静电力演示器材、有关库仑定律建立的历史背景资料【教学流程】【教学过程设计】（一）、创设情景，提出问题我们已经学习了电荷、静电感应、电荷守恒的初步知识，现在再来看一个演示实验。
演示实验：用毛皮摩擦过的橡胶棒使验电器张开。
设问一：这个想象说明什么？验电器的工作原理是什么？学生：电荷之间存在相互作用，同种电荷相斥、异种电荷相吸。
动画演示：电荷间的相互作用。
设问二：那么带电体相互吸引和排斥的力有多大？猜想一下带电体间的作用力与哪些因素有关呢？（二）、猜想假设，设计方案，定性探究学生猜想：电荷量、距离、形状、体积、质量等。
设问：到底是怎样的关系呢？如何验证你的想法？交流对话：指导学生得出验证实验的设计思想——控制变量法，研究作用力跟某一因素的关系时，要先控制其它因素不变。
这是实验设计的精髓。
动画演示一：电量不变，改变带电体间距离，观察小球悬线偏离竖直方向的夹角α随距离的变化情况。
实验分析与思考：偏角大小与电荷间作用力大小有何关系？分析得出αtg mg F ⋅=，即α越大，F 就越大。
F 随间距r 的增大而减小。
动画演示二：保持距离不变，观察偏角α随电荷量变化的情况。
新课标粤教版3-1选修三1.2《探究静电力》WORD教案3
探究静电力教案一、教学目标知识目标1理解点电荷的概念；2、通过对演示实验的观察和思考，概括出两个点电荷之间的作用规律;3、掌握库仑定律的内容及其应用；能力目标1通过对演示实验的观察概括出两种电荷之间的作用规律，培养学生观察、总结的能力；2、，通过点电荷模型的建立，了解理想模型方法.情感目标了解人类对电荷间相互作用认识的历史过程，培养学生对科学的好奇心，体验探索自然规律的艰辛和喜悦.渗透物理学方法的教育，运用理想化模型方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型一一点电荷，研究真空中静止点电荷间互相作用力问题一一库仑定律。
二、学法引导1用演示复习法引入，注意对比.2、认真观察现象，理解各步的目的.3、掌握解题的思维和方法，而不要一味的强调公式的记忆。
、重点、难点[来源:学科*网Z*X*X*K]1重点：使学生掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定一一库仑定律。
2、难点：真空中点电荷间作用力为一对相互作用力，遵从牛顿第三定律，是难点。
四、课时安排：1课时五、教具学具准备1.演示两种电荷间相互作用：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒（2支）2•定性演示相关物理量间关系：铝箔包好的草球、表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。
六、师生互动活动设计：本节中实验较多，要做好静电实验。
师生要多交流、讨论，要留够思考时间。
七、教学步骤（一）点电荷对比：牛顿在研究物体运动时引入质点库仑在研究电荷间的作用时引入了点电荷，这是人类思维方法的一大进步。
什么是点电荷：简而言之，带电的质点就是点电荷。
点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。
正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理想化模型。
真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对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成点电荷。
均匀带电球体或均匀带电球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。
高中物理第一章电场第二节探究静电力课件粤教选修3_1 (1)
拓展一 对点电荷的理解
在力学中，当一个物体的大小、形状与研究的问题相 比可以忽略时，可把物体看作一个仅有质量的点，在研究 电荷之间作用力的规律时，是否也有类似的处理方法？
提示：有，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．
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． 一个带电体能否看成点电荷，要看它本身的大小是 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．
(3)表达式：_F_＝__k_q_r1_q2_2_，k 叫做静电力常量，k＝ __9_._0_×__1_0_9__N_·_m__2/_C__2．
(4)适用条件：真空中_点__电__荷__．
判断正误
(1)两带电体距离越大，库仑力越小．(√) (2)任意两个带电体都可以利用库仑定律 F＝kqr1q2 2来 计算库仑力．(×) (3)球形带电体一定可以看成点电荷．(×)
1．两个点电荷间的库仑力． (1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟 两个电荷的电荷量及间距有关，跟它们的周围是否存在 其他电荷无关． (2)两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律， 与两个电荷的性质、带电多少均无关，即作用力与反作 用力总是等大反向．
第一章 电场
第二节 探究静电力
学习目标
1.了解点电荷的概念. 2.理解库仑定律，知道 静电力常量. 3.会用库仑定律进行有 关的计算.
重点难点
1.理解点电荷的概 重点 念. 2.库仑定律的
应用．
难点
库仑定律的适用 条件.
知识点一 点电荷
粤教版高中物理选修3-1课件：第1章-电场《探究静电力》ppt
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
4.(静电力的叠加)如图所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9C、 QB＝－4×10－9C、QC＝＋3×10－9C的A、B、C点电荷，试求作用在点电荷A上 的静电力的大小．
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[延伸思考]
1．有人说：“点电荷是指带电荷量很小的带电体”， 对吗？为什么？
与质点相类比理解
一个物体能否被看做点电荷，是根据：带电体的形状、大小及电荷分布状况 对研究的问题的影响可以忽略时，就可以看做点电荷.是相对于具体问题而言 的，不能单凭其大小和形状而定．
无影响 矢量合成
[要点提炼]
1．如果存在两个以上点电荷，那么每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它
的作用力．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变．因
此，两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这
个点电荷的作用力的矢量和．
2．任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的．所以，如果知道带电 体上的电荷分布，根据库仑定律和平行四边形定则就可以求出带电体间
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高中物理·选修3-1·粤教版
第一章电场
学案2探究静电力
1 知道点电荷的概念. 2 理解库仑定律的内容、公式及其适用条件，会用
库仑定律进行有关的计算．
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一、点电荷
小得多点电荷
二、库仑定律
1.变量控制 2.正比反比连线上静电力库仑力
粤教版高二物理选修3《探究静电力》教案及教学反思
粤教版高二物理选修3《探究静电力》教案及教学反思一、教学目标1.了解静电定义及基本性质，理解电子静电斥力和电子静电吸引力的本质；2.理解电荷守恒定律，掌握物体带电方式及电场定义；3.学会计算电荷数量，理解电管、涂覆电荷和高压电场的基本原理。
二、教学重点难点1.精确定义电场、电学量和基本定理，深入掌握物体带电的方式及电场的产生原理；2.理解电荷守恒与总电荷的基本原理，并能够批判性地评价静电电势能的大小；3.注重培养学生的观察、思考、探究和解决问题的能力，加强学生分析、总结和推理能力的训练。
三、教材内容1.静电现象；2.电子静电斥力和电子静电吸引力的本质；3.针对涂覆电荷和电管的高压电场技术；4.电场概念和物体带电方式。
四、教学方法1.将学生分为三人小组，其中一人正面站在塑料板上，并向下方拉橡皮筋；2.讲解静电的定义及基本性质，并在实验过程中观察物体的带电方式，引入电荷守恒定律的理解；3.围绕物体带电方式、电场及电荷守恒定律进行深入探究，引导学生进行批判性思考；4.引导学生进行实验，探究胡克电极板法和正比定律的原理及应用；5.学生观察、实验与思考的过程中，教师将及时对学生的疑问进行解答。
五、教学流程第一步：引入1. 针对静电现象，让学生谈谈自己所知道的现象教师简要介绍静电现象及其常见例子（如头发因摩擦带电），请学生与同桌讨论，并提出自己的见解。
2. 让学生进行实际操作体验将学生分为三人小组，其中一人正面站在塑料板上，并向下方拉橡皮筋，观察物体的带电方式，引入电荷守恒定律的理解。
第二步：理论讲解1. 静电的定义及基本性质教师介绍静电的定义及基本性质，并通过橡皮筋摩擦塑料板的方式进行实际演示。
2. 电子静电斥力和电子静电吸引力的本质教师讲解电子静电斥力和电子静电吸引力的本质。
3. 针对涂覆电荷和电管的高压电场技术教师进行详细介绍，并通过实验让学生深入了解其原理。
4. 电场概念和物体带电方式教师详细讲解电场概念和物体带电方式，并提供具体实例进行讲解。
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讨论与交流 一个带电体在什么情况下可以看做 点电荷？与研究问题所要求的精度有无 点电荷？ 关系？ 关系？
实验
A B C
通过实验来研究两个点电荷间的相互作用力
观察与思考 1、研究相互作用力F与距离 的关系 、研究相互作用力 与距离 与距离r的关系 带同种电荷， 的电荷量相等， 使A、B、C带同种电荷，且B、C的电荷量相等，观察 、 、 、 带同种电荷 、 的电荷量相等 观察B、 C偏角，思考r增大时，F的大小如何变化，并记下你的结论。 偏角，思考 增大时 增大时， 的大小如何变化 并记下你的结论。 的大小如何变化， 偏角 2、研究相互作用力F与电荷量的关系 、研究相互作用力 与电荷量的关系 带同种电荷， 的偏角， 使A、B带同种电荷，观察 的偏角，设B原来的电荷量为 、 带同种电荷 观察B的偏角 原来的电荷量为 Q，使不带电的C、与B接触一下即分开，这时 、C就各带 ，使不带电的 、 接触一下即分开， 接触一下即分开 这时B、 就各带 q/2的电荷量。保持A、B的距离不变，观察B的偏角，思考 的电荷量。保持 、 的距离不变，观察 的偏角， 的电荷量 的距离不变 的偏角 球带的电荷量减少时， 的大小如何变化 的大小如何变化？ 当B球带的电荷量减少时，F的大小如何变化？ 球带的电荷量减少时
3 答案】 AB同性 斥力。 同性， 【答案】①若AB同性，斥力。 F 8 AB异性 引力。 异性， ②若AB异性，引力。 1 F
8
3、综合以上两种情况，你的结论是什么？ 、综合以上两种情况，你的结论是什么？
在前人的工作基础上， 在前人的工作基础上，法国物理学家库伦用实验研究了 电荷之间的相互作用，总结如下： 电荷之间的相互作用，总结如下： 真空中两个点电荷之间的相互作用力， 真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们 点电荷之间的相互作用力 的电荷量的乘积成正比，跟它们间距离的二次方成 的电荷量的乘积成正比， 反比，作用力的方向在它们的连线上， 反比，作用力的方向在它们的连线上，同种电荷相 互排斥，异种电荷相互吸引。 互排斥，异种电荷相互吸引。
第二节 探究静电力 【例题3】甲、乙、丙为三个完全相同的金属小球 其中只 例题3 丙为三个完全相同的金属小球, 有一个带电, 如果让甲球分别依次与乙球、丙球接触后,再 有一个带电 如果让甲球分别依次与乙球、丙球接触后 再 把甲、丙球放在相距 处 它们的库仑力为F； 把甲、丙球放在相距R处, 它们的库仑力为 ；若让丙球分 别依次跟乙球、甲球接触后 再把甲、丙球放在相距R处 别依次跟乙球、甲球接触后, 再把甲、丙球放在相距 处, 它 们间的库仑力为4F, 则可知原来带电的球是： 则可知原来带电的球是： 们间的库仑力为 A.甲球 甲球 【答案】A 答案】 B.乙球 乙球 C.丙球 丙球 D.无法判断 无法判断
库仑定律的数学表达式
Q1Q2 F =k 2 r
说明： 说明： 1.点电荷 点电荷——理想模型 点电荷 理想模型 2.静电力常量 静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2 静电力常量 × 3.适用条件 适用条件——①真空中 ②点电荷 适用条件 ①
【例题1】关于点电荷的说法，正确的是： 例题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成点电荷； 只有体积很小的带电体才能看成点电荷； 只有体积很小的带电体才能看成点电荷 B.体积很大的带电体一定不能看成点电荷； 体积很大的带电体一定不能看成点电荷； 体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C.当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响 当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响 可以忽略，这两个带电体可看成质点； 可以忽略，这两个带电体可看成质点； D.一切带电体都可以看成点电荷。 一切带电体都可以看成点电荷。 一切带电体都可以看成点电荷 【答案】C 答案】
探究静电力
1.电荷间相互作用规律 1.电荷间相互作用规律 ——同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 同种电荷相互排斥 2.影响两电荷之间相互作用力的因素： 2.影响两电荷之间相互作用力的因素： 影响两电荷之间相互作用力的因素 ①距离 一.点电荷 ——当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多， 当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多， 当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多 这样可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况， 这样可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况 ， 把它抽象 成一个几何点。这样的带电体就叫做点电荷。 成一个几何点。这样的带电体就叫做点电荷。 ②电量 ③带电体的相同的金属小球，所带电量的数值为 例题4 两完全相同的金属小球， 、 两完全相同的金属小球 q，两球相距为r，此时两球的相互作用力为 。现将第三个 ，两球相距为 ，此时两球的相互作用力为F。 不带电的金属小球C先和 接触 再和B接触 然后拿走C球 接触， 不带电的金属小球 先和A接触，再和 接触，然后拿走 球， 先和 接触， 两球间的作用力变为多少？ 则AB两球间的作用力变为多少？ 两球间的作用力变为多少
第二节 探究静电力 【例题2】正点电荷 和B，带电量均为 ，若在其连线的中 例题2 正点电荷A和 ，带电量均为q， 点上置一点电荷C，使三者均静止，则点电荷 是 点上置一点电荷 ，使三者均静止，则点电荷C是： A.带正电，电量为q/4； 带正电，电量为 ； 带正电 B.带负电，电量为q/2； 带负电，电量为 ； 带负电 C.带负电，电量为q/4； 带负电，电量为 ； 带负电 D.正负电均可，电量为q/4. 正负电均可，电量为 正负电均可 【答案】C 答案】
点电荷是一种理想化的物理模型。 点电荷是一种理想化的物理模型。 理想模型方法是物理学常用的研究方法。 理想模型方法是物理学常用的研究方法。 当研究对象受多个因素影响时， 当研究对象受多个因素影响时，在一定条件 下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素， 下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素， 将研究对象抽象为理想模型， 将研究对象抽象为理想模型，这样可以使问 题的处理大为简化。 题的处理大为简化。