2020-2021学年第2节 库仑定律示范课课件ppt

这是一份2020-2021学年第2节 库仑定律示范课课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了课前自主学习，电荷量，二者间的距离，二次方，静电力常量，矢量和，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。

一、点电荷任务驱动　点电荷、元电荷、检验电荷是同一种物理模型吗？它们的区别在哪里？提示：不是同一种物理模型。点电荷是一种理想化的物理模型，其自身的大小在所研究的问题中可以完全忽略；元电荷是最小的电荷量，e=1.60×10-19 C；检验电荷是指带电量很小，不足以给其所探测的电场造成影响的理想电荷，是一种理想化模型。
1.静电力(1)定义：_____间的相互作用力，也叫库仑力。(2)影响静电力大小的因素：两带电体的形状、大小、_______、电荷分布、_____________等。2.点电荷(1)物理学上把本身的_____比相互之间的距离___得多的带电体叫作点电荷。是一种理想化模型。(2)两个带电体能否视为点电荷，要看它们本身的_____是否比它们之间的距离小得多，而不是看物体_____有多大。
二、两点电荷间的静电力任务驱动　真空中，两个带异种电荷的小球，在相距不太远时，它们之间的静电力能否用F= 去求解？提示：带电小球具有一定大小的半径，当它们相距不太远时，两小球不能看成点电荷，公式F= 不再适用。
1.库仑定律真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的_____成正比，跟它们的距离r的_______成反比；作用力的方向沿着它们的_____。同种电荷相斥，异种电荷相吸。2.库仑定律表达式库仑定律的公式F=________，式中k叫作___________，k的数值是__________________。 
109 N·m2/C2
3.静电力叠加原理对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的_______。
主题一　点电荷模型【生活情境】“嫦娥三号”月球探测器成功发射，升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电。
【问题探究】(1)在研究“嫦娥三号”与地球的静电力时，能否把“嫦娥三号”看成点电荷？提示：能。(2)研究点电荷有什么意义？提示：点电荷是理想化模型，实际并不存在，是我们抓住主要因素、忽略次要因素抽象出的物理模型。
【结论生成】带电体看作点电荷的条件(科学思维)带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的形状、大小与距离相比能否忽略，即将带电体看作点电荷的前提条件是带电体间的距离远大于带电体本身的尺寸。
【典例示范】关于元电荷和点电荷的理解正确的是(　　)A.元电荷就是电子B.元电荷就是质子C.体积很小的带电体就是点电荷D.点电荷是一种理想化模型【解析】选D。元电荷是带电量的最小单元，不是物质(电子、质子)，没有电性之说，故A、B错误；当两个带电体的形状和大小对它们的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷，故C错误；点电荷实际不存在，是理想化模型，D正确。
【规律方法】点电荷与元电荷的区别点电荷是为了研究问题方便而抽象出来的理想化物理模型，实际中并不存在；而元电荷是自然界中存在的最小的电荷量，两者有着完全不同的含义。点电荷的带电量应该是元电荷的整数倍。
【探究训练】下列哪些物体可以视为点电荷(　　)A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷B.不论什么情况下，在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体一定能视为点电荷C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷D.带电的金属立方体一定不能视为点电荷【解析】选C。带电体能否视为点电荷，要看它们本身的线度是否比它们之间的距离小得多，而不是看物体本身有多大，形状如何，也不是看它们所带的电荷量多大。故A、B、D错，C对。
【补偿训练】(多选)下列关于点电荷的说法中正确的是(　　)A.无论两个带电体多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷B.一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷C.一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷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
【解析】选A、D。无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，选项A正确，而选项C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体也不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若带异种电荷，相互吸引，等效的点电荷间距小于球心距离，因此，选项D正确。
主题二　库仑定律的公式及适用条件【实验情境】情境1　探究电荷间作用力的大小与距离的关系如图，把两个大小相同、带同种电荷的小球挂在等长绝缘细线下端，观察细线相对竖直方向的偏离角度(角度越大，静电力越大)。
情境2　探究电荷间作用力的大小与电荷量的关系保持绝缘细线悬点位置不变，同时增加或减少两个小球的电荷量(如用带电棒同时接触两球)。
【问题探究】(1)情境1中，增大两细线悬点之间的距离，观察细线偏离角度有什么变化？提示：细线的偏离角度减小。(2)情境2中，观察细线偏离的角度，可得出什么结论？提示：增加电量，偏角变大，减少电量，偏角减小。
【结论生成】　库仑定律(物理观念)
【典例示范】甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10-16 C的正电荷，乙球带有3.2×10-16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径远小于10 cm。(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)将两个导体球相互接触一会儿，再放回原处，其作用力能求出吗？是斥力还是引力？(3)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？
【解析】(1)因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑。由库仑定律可求F= =9.0×109× N≈1.38×10-19 N。两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力。(2)将两个导体球相互接触，首先正、负电荷相互中和，还剩余(4.8-3.2)×10-16 C的正电荷，这些正电荷将重新在两导体球间分配。由于题中并没有说明两个导体球是否完全一样，因此我们无法求出力的大小，但可以肯定两球放回原处后，它们之间的作用力变为斥力。
(3)如果两个导体球完全相同，则电荷中和后平分，每个小球的带电荷量为0.8×10-16 C，代入公式得F= =9.0×109× N=5.76×10-21 N，即两球之间的斥力为F=5.76×10-21 N。答案：(1)1.38×10-19 N　引力　(2)不能　斥力(3)5.76×10-21 N　斥力
【规律方法】库仑定律适用条件(1)库仑定律适用于点电荷间的相互作用，当r→0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用。(2)两个点电荷之间相互作用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。
【探究训练】1.对于库仑定律，下列说法中正确的是(　　)A.凡计算两个点电荷间的作用力，就可以使用公式F= B.两个带电小球即使距离非常近，也能用库仑定律C.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D.两个点电荷的电荷量各减为原来的一半，它们之间的距离保持不变，则它们之间的库仑力减为原来的一半
【解析】选C。库仑定律适用于真空中的点电荷之间的静电力的计算。由此可判断选项A、B均错误。两点电荷间的库仑力符合牛顿第三定律，选项C正确。根据库仑定律，两点电荷的电荷量各减为原来的一半时，库仑力减为原来的 ，选项D错误。
2.A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC=1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为+q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为-2q的点电荷，其所受电场力为(　　)A. 　　　　B. 　　　　C.-F　　　　D.F【解析】选B。在A处放电荷量为+q的点电荷时，Q所受电场力大小为F= ；在C处放一电荷量为-2q的点电荷时，Q所受电场力大小为F′= 且不管电荷Q是正还是负，两种情况下，Q受力方向相同，故选项B正确，A、C、D错误。
【补偿训练】1.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法中可行的是(　　)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.使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，同时将两个点电荷间的距离减小为原来的 D.保持点电荷的电荷量不变，将两个点电荷的距离减小到原来的
【解析】选A。根据库仑定律公式F= ，若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，则F′= =4F，故A正确；保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷的距离增大到原来的2倍，则库仑力变为原来的 ，故B错误；使一个点电荷的电荷量增加1倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的 ，则有F′= =8F，故C错误；保持点电荷的电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的 ，则有F′= =16F，故D错误。
2.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，带等量异种电荷，电荷量为Q，则两球间的静电力(　　) A.等于 　　　　　　B.大于 C.小于 D.等于
【解析】选B。两球间距和球本身大小差不多，不符合简化为点电荷的条件，所以不能用库仑力公式计算。我们可以根据电荷间的相互作用规律进行定性分析：由于两带电体带等量异种电荷，电荷间相互吸引，因此电荷在金属球上的分布不均匀，会向正对的一面集中，电荷间的距离比3r小。根据库仑定律，静电力一定大于 ，电荷的吸引不会使电荷全部集中在相距为r的两点上，所以静电力不等于 。故选项B正确。
主题三　库仑定律的应用【生活情境】把质量为m的带负电小球A，用绝缘细绳悬挂，若将带电荷量为Q的带正电球B靠近A，当两个带电小球在同一高度相距r时，绳与竖直方向成α角。
【问题探究】(1)A球受到的绳子拉力多大？提示：带负电的小球A处于平衡状态，A受到库仑力F、重力mg以及绳子的拉力T的作用，受力如图。
竖直方向：mg-Tcsα=0，①水平方向：F-Tsinα=0②解得T= ③F=mgtanα④(2)A球带电荷量是多少？提示：根据库仑定律F= ⑤联立④⑤解得q=
【结论生成】处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法(科学思维)(1)确定研究对象。如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”。(2)对研究对象进行受力分析，多了库仑力(F= )。(3)列平衡方程(F合=0或Fx=0，Fy=0)。
【典例示范】如图所示，光滑绝缘的水平地面上有相距为L的点电荷A、B，带电荷量分别为-4Q和+Q，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是(　　)A.-Q　在A左侧距A为L处B.-2Q　在A左侧距A为 处C.-4Q　在B右侧距B为L处D.+2Q　在A右侧距A为 处
【解析】选C。要使三点电荷处于平衡，可知C应放在B的右侧，且与A电性相同带负电，由FAB=FCB得 ；由FAC=FBC得 ；解得rBC=L，QC=4Q，故选项C正确。
【规律方法】三电荷平衡模型(1)模型构建①三个点电荷共线。②三个点电荷彼此间仅靠电场力作用达到平衡，不受其他外力。③任意一个点电荷受到其他两个点电荷的电场力大小相等，方向相反，为一对平衡力。
(2)模型规律①“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上。②“两同夹异”——正负电荷相互间隔。③“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小。④“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。
【探究训练】1. (多选)如图所示，可视为点电荷的小物体A、B分别带负电和正电，B固定，其正下方的A静止在绝缘斜面上，则A受力个数可能为(　　)A.A可能受2个力作用B.A可能受3个力作用C.A可能受4个力作用D.A可能受5个力作用
【解析】选A、C。小物体A必定受到两个力作用，即重力和B对它的库仑力，这两个力方向相反，若两者恰好相等，则A应只受这两个力作用。若向上的库仑力小于A的重力，则A还将受到斜面的支持力，这三个力不能平衡，用假设法可得A必定也受到了斜面的静摩擦力，所以A受到的力可能是2个，也可能是4个，选项A、C正确。
2.两个电荷量分别为Q和4Q的负点电荷a、b，在真空中相距为l，如果引入另一点电荷c，正好能使这三个电荷都处于静止状态，试确定点电荷c的位置、电性及它的电荷量。
【解析】由于a、b点电荷同为负电荷，可知电荷c只能是正电荷，且应放在a、b之间的连线上。依题意作图如图所示，设电荷c和a相距为x，则b和c相距为(l-x)，c的电荷量为q。对电荷c，所受的库仑力的合力为零，则Fac=Fbc。
根据库仑定律得： 解得：x1= ，x2=-l(舍去)，又由Fca=Fba，得： ，解得q= Q。答案：电荷c在a、b之间的连线上，和a相距为 处，带正电，带电量为 Q。