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1、2 库 仑 定 律,一、探究影响电荷间相互作用力的因素 1.探究方法:电荷间存在相互作用力,其大小可能跟_以 及_等因素有关,为了研究其定量关系,通常用 _来进行实验探究。 2.探究结论:两电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而 _,随它们之间距离的减小而_。 两电荷之间的作用力随电荷量的增大而_,随电荷量的减 小而_。,电荷量,它们之间的距离,控制变量法,减小,增大,增大,减小,二、库仑定律 1.点电荷:当实际带电体的大小_它们之间的距离,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_时,这样的带电体可看作点电荷,它是_ 的物理模型。,远小于,忽略,理想化,2.库仑定
2、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_成正比,与它们的_成反比,作用 力的方向在它们的_上。 电荷之间存在着的相互作用力称为_或_。 (2)表达式: 其中k叫静电力常量,k= _。 (3)适用条件:在_中的_电荷。,电荷量的乘积,距离的二次方,连线,静电力,库仑力,9.0109Nm2/C2,真空,点,一、判一判 1.只要是点电荷间的作用力就可以用库仑定律求解。() 2.任何带电体都可以看成点电荷。() 3.静电力常量的数值是由实验得出的。() 4.静电力常量的单位是Nm2/C2。(),提示：1.。库仑定律的适用条件是真空中的点电荷。 2.。带电体能被看成点电荷是有
3、条件的,只有当带电体的形 状和大小对相互作用力的影响可忽略不计时,才可以看成点电 荷。 3.。静电力常量是库仑通过扭秤实验测出的。 4.。根据库仑定律 则静电力常量的 单位是Nm2/C2。,二、选一选 (多选)下列说法中正确的是( ) A.点电荷是一种理想化的模型,真正的点电荷是不存在的 B.点电荷就是体积和所带电荷量都很小的带电体 C.根据 可知,当r趋近于0时,F趋近于 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,提示：选A、D。点电荷是一个理想模型,实际并不存在,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
4、大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计，故A、D对,B错;库仑定律成立条件是点电荷,当r0时,再小的带电体也不能当作点电荷去处理了,此时库仑定律不再成立,因而基于此做出的判断也就是不可靠的、错误的,故C错。,三、想一想 在研究什么物体的运动和受力时,只考虑库仑力而万有引力可以忽略?在研究什么物体的运动和受力时,只考虑万有引力而库仑力可以忽略? 提示：在研究微观粒子的运动和受力时,万有引力相对于库仑力很小,可以忽略不计;在研究天体间的相互作用时,天体间的库仑力相对万有引力很小,可以忽略不计。,主题一 探究影响电荷间相互作用力的因素 【实验探究】如图,O是一带正电的物体,把系在丝线上的带正电的小
5、球先后挂在P1、P2、P3等位置。利用此装置探究影响电荷间相互作用力的因素。,结合上述实验讨论: 1.在本实验中,电荷间相互作用力的大小与悬线偏离竖直方向的夹角大小有什么关系? 提示：悬线偏离竖直方向的夹角越大,说明二者的相互作用力越大;反之则越小。,2.在电荷量不变的情况下,探究电荷间作用力与电荷间距离的关系时,怎样操作?得到的结论是什么? 提示：把一带正电的球A放在实验台上,用丝线悬挂一带正电的小球B于铁架台上。移动球A,观察悬线偏离竖直方向的夹角随A、B间距离的变化而变化的情况。 实验结论:两电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而减小,随距离的减小而增大。,3.在电荷间距离不变的情况下,
6、探究电荷间作用力与电荷量的关系时,怎样操作?结论是什么? 提示：保持电荷间距离不变,分别用带不同电荷量的小球A做实验,观察小球B的悬线偏离竖直方向的角度随电荷量的变化而变化的情况。 实验结论:两电荷间的作用力随电荷量的增大而增大,随电荷量的减小而减小。,【知识点睛】电荷间作用力的特点 (1)电荷之间存在着相互作用力,力的大小与电荷量的大小、电荷间距离的大小有关。电荷量越大,距离越小,作用力就越大;反之,电荷量越小,距离越大,作用力就越小。 (2)作用力的方向可用同种电荷相斥,异种电荷相吸的规律确定。,【规律方法】探究两个点电荷间作用力的方法控制变量法 (1)保持电荷量不变,探究作用力大小与电荷
7、间距离的关系。 (2)保持电荷间的距离不变,探究作用力与电荷量大小的关系。,【典例1】小明同学要探究电荷之间的相互作用力跟什么因素有关。他将一个带正电的物体放在A处,然后将挂在绝缘丝线上带正电的同一小球先后挂在距A点距离逐渐增大的P1、P2、P3处,小球受力发生偏移的情况分别如图甲、乙、丙所示。请根据实验现象及相关条件,归纳得出初步结论。,观察甲、乙和丙图可知:(1) 。 (2) 。 【解题指南】解答本题要明确以下两个方面: (1)绝缘丝线悬挂的小球的重力相同。 (2)绝缘丝线悬挂的小球静止时处于平衡状态。,【解析】(1)由于带电小球偏离了竖直方向,所以小球受到了带电体A的力的作用。由此可知,
8、同种电荷相互排斥。 (2)由图示情况可知,随着带电小球与带电体之间距离的增大,带电小球偏离竖直方向的角度减小,说明其受到的斥力减小。由此可知,电荷间的作用力大小与带电体之间的距离有关,且距离越大,作用力越小。 答案:(1)同种电荷相互排斥 (2)同种电荷之间的距离越大,相互排斥的作用力越小,【变式训练】(2013开封高二检测)如图所示,真空中有两个点电荷q1、q2,它们的质量分别为m1、m2,现在用两根绝缘细丝线拴挂在天花板上,在库仑力作用下两根细丝线与竖直方向夹角分别为和,且两点电荷此时处于同一水平线上,则以下说法中正确的是(FT1和FT2分别为两根丝线的弹力)(),A.若,则有m2m1,F
9、T2FT1 B.若,则有m2m1,FT2,则有q2q1,FT2FT1 D.若,则有q2q1,FT2FT1,【解析】选A。以点电荷q1为研究对象, 对其进行受力分析,如图所示,点电荷受 到三个力的作用:重力m1g、两电荷间的 斥力F、丝线的弹力FT1。由于点电荷处 于静止状态,所以丝线的弹力FT1跟m1g与 F的合力F合是一对平衡力,利用力的三角形定则进行分析,有:m1g=Fcot,FT1=F合=,根据牛顿第三定律,电荷间的斥力F大小相等,沿着水平方向,而与电荷的电荷量无关(但两者一定是带同种性质的电荷),所以C、D错误。 若,根据上面的分析可以判断:m2m1,FT2FT1, 所以A选项正确,B
10、选项错误。,主题二 库仑定律 【情境探究】有一个半径为20cm的带电圆盘,距离圆盘某处有一个电子,试结合上述情境讨论: (1)能否把带电圆盘看作点电荷? 提示：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。若考虑它与10m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1mm,这一带电圆盘就相当于一个无限大的带电平面,因而不能看作点电荷。,(2)把带电体看成点电荷的条件是什么? 提示：当带电体的线度比相互作用的距离小很多时,带电体可视为点电荷。 (3)当带电圆盘与电子的距离r0时,带电圆盘与电子间的作用力F,这种说法正确吗? 提示：不正确。因为当r0时,两个带电体
11、已不能看作点电荷,不能直接用库仑定律来计算它们之间的相互作用力。,【知识点睛】 1.对点电荷的正确理解: (1)点电荷是物理模型: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,实际中并不存在。 (2)带电体看成点电荷的条件:如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小,就可以忽略其形状、大小等次要因素,只保留对问题有关键作用的电荷量,带电体就能看成点电荷。这样处理会使问题大为简化,对结果又没有太大的影响,是物理学上经常用到的方法。,2.对库仑定律的理解: (1)库仑定律的适用条件:真空;点电荷。 (2)库仑力的大小计算和方向判断。 大
12、小计算:利用库仑定律计算大小时,不必将表示电性的正、负号代入公式,只代入q1、q2的绝对值即可。 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。,(3)只有采用国际单位,k的值才是9.0109Nm2/C2。 (4)库仑定律适用于真空中两个点电荷的相互作用,但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷,r应指两球体的球心距离。 (5)库仑力是矢量,遵守平行四边形定则。,【规律方法】三个自由点电荷的平衡问题 要使三个自由点电荷组成的系统处于平衡状态,每个点电荷受 到的两个库仑力必须大小相等,方向相反。由库仑力的方向及 二力平衡可知,三个点电荷必须在同一直线上,且同种电荷不能 相邻,由 知,
13、中间的异种电荷电荷量应最小,且靠近两 侧电荷量较小的那一个,即:三点共线,两同夹异,两大夹小,近 小远大。,【典例2】(2014临沂高二检测)如图所示, 两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b, 其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定 于绝缘支座上,两球心间的距离为l且为球半 径的3倍。若使它们带上等量异种电荷,使其 电荷量的绝对值均为Q,那么a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库分别为( ),【解题指南】解答本题的关键是明确以下两点: (1)万有引力定律的适用条件。 (2)库仑定律的适用条件。,【解析】选D。因为库仑定律只适用于可看作点电荷的带电体,而本题中由于a、b两球壳所带异种电荷相
14、互吸引,使它们各自的电荷分布不均匀,即相互靠近的一侧电荷分布比较密集,又因两球心间的距离l只是其半径r的3倍,不满足lr的要求,故不能将两带电球壳看成点电荷,所以不能应用库仑定律。万有引力定律适用于两个可看成质点的物体,虽然两球心间的距离l只是其半径r的3倍,但由于其壳层的厚度和质量分布均匀,故两球壳可看作质量集中于球心的质点。因此,可以应用万有引力定律。综上所述,对于a、b两带电球壳从整体来说,满足万有引力定律的适用条件,不满足库仑定律的适用条件,故只有选项D正确。,【变式训练】半径相同的两个金属球A、B(可以看作点电荷)带 有相等的电荷量，相隔一定距离，两球之间相互吸引力的大小 是F，今让
15、第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B两 球接触后移开，这时A、B两球之间的相互作用力的大小是( ),【解析】选A。第三个小球先后与A、B接触后,电荷重新分配, 由于三个球完全相同,符合电量均分原理。A、B两球之间的作 用力始终满足库仑定律。两球相互吸引,说明带异种电荷,设电 荷量分别为q,假设A球带正电,当第三个不带电的小球C与A球接 触后,A、C两球带的电荷量平分,每球带电荷量为 当再把C 球与B球接触后,两球的电量先中和,再平分,每球的带电量为 由库仑定律 可知,当移开C球后,由于r不变,所以 A、B两球之间的相互作用力的大小为 故正确答案为A。,1.(多选)下列有关点电荷及库仑定
16、律的说法中,正确的是() A.只有体积很小的带电体才可看作点电荷 B.任何带电体都可看作点电荷 C.真正的点电荷是不存在的,它是一种理想化模型 D.当带电体的形状、大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,该带电体可以看作点电荷,E.当真空中两个电荷间距离r时,它们间的静电力F0 F.当真空中两个电荷间距离r0时,它们间的静电力F G.当两个电荷间的距离r时,库仑定律的公式就不适用了 H.当两个电荷间的距离r0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了,【解析】选C、D、E、H。当带电体的大小、形状对它们的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点电荷,点电荷只具有相对意义,被看作点电荷的带电体的体积不一定很小,只有质量、电荷量而无体积的带电体是不存在的,所以点电荷是一种理
