高中物理人教版 (2019)必修 第三册库仑定律教案及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册库仑定律教案及反思，共14页。教案主要包含了电荷之间的作用力，库仑的实验，静电力计算等内容，欢迎下载使用。
一、电荷之间的作用力
1．库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．
2．适用条件：①在真空中；②静止点电荷．
3．点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，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忽略时，这样的带电体就可以看作带电的点，叫作点电荷．
二、库仑的实验
1．库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的角度比较静电力F大小的．实验结果发现静电力F与距离r的二次方成反比．
2．库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是两个完全相同的金属小球接触，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比．
3．公式：F＝keq \f(q1q2,r2)，其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量．
三、静电力计算
1．两个点电荷间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变．
2．两个或者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．
思维辨析
(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．( )
提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)×
深度思考 如图，A是一带正电的物体，把系在丝线上的带正电的小球B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．
(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？
(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，应怎样操作？实验结论是什么？
(3)在电荷间距离不变的情况下，探究电荷间作用力与电荷量的关系时，应怎样操作？实验结论是什么？
提示：(1)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)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)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．
对点电荷的理解与应用
【核心深化】
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，以致带电体的形状和大小及电荷分布状况对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、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．
3．元电荷与点电荷
(1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是迄今为止科学实验发现的最小电荷量．
(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状及电荷分布状况，是带电个体，其所带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍．
下列关于点电荷的说法中正确的是( )
A．任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷
B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷
C．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
D．一切带电体都可以看成是点电荷
[解析] 能否把一个带电体看成点电荷，关键在于我们分析时是否考虑它的体积大小和形状，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定．若它的体积和形状可不予考虑时，就可以将其看成点电荷，带电球体也不都能看成全部电荷集中于球心的点电荷，故C正确．
[答案] C
(多选)关于点电荷，下列说法中正确的是( )
A．点电荷是电荷量和体积都很小的带电体
B．点电荷是一种理想模型
C．点电荷的最小电荷量等于元电荷
D．球形带电体都可以看作点电荷
解析：选BC．点电荷是一种物理模型，实际中并不存在，B正确；一个带电体能否看成点电荷，不是看它的大小和形状，而是看它的大小和形状对所研究的问题的影响是否可以忽略不计，若可以忽略不计，则它就可以看作点电荷，否则就不能看作点电荷，A、D错误；所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，C正确．
对库仑定律的理解与应用
【核心深化】
1．适用范围：适用于真空中两个静止点电荷间的相互作用．
(1)在空气中库仑定律也近似成立．
(2)对于不能看成点电荷的带电体不能直接应用库仑定律求解，但我们可以用一组点电荷来替代实际的带电体，从而完成问题的求解．
(3)两个均匀带电球体间的库仑力也可利用库仑定律计算，此时，r应指两球体的球心间距．
2．当多个带电体同时存在时，任意两个带电体间的作用仍遵守库仑定律．任一带电体同时受到多个库仑力的作用时，可利用平行四边形定则求出其合力．
3．库仑定律中的静电力常量k，只有在公式中各量采用国际单位制单位时，它的值才是9.0×109 N·m2/C2.
4．库仑定律表明，库仑力与万有引力十分相似，都与距离的二次方成反比．对于某些问题可利用这一相似性，借助于类比的方法求解．
关键能力1 对库仑定律的理解
(2020·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F＝keq \f(q1q2,r2)，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向于无穷大
C．所带电荷量分别为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
[思路点拨] 只有对真空中静止点电荷间的作用力，库仑定律才成立．
[解析] 如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，即可将它看作是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷，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，F＝keq \f(q1q2,r2)已经不能适用，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．
[答案] D
关键能力2 库仑定律的应用
(2020·河北沧州高二联考)两个大小相同、可看作点电荷的金属小球a和b分别带有等量异种电荷，被固定在绝缘水平面上，这时两球间静电引力的大小为 F，现用一个不带电的、同样大小的金属小球c先与a球接触，再与b球接触，则a、 b两球间的静电力大小为( )
A．eq \f(1,8)F B．eq \f(3,8)F
C．eq \f(1,4)F D．eq \f(1,2)F
[解析] 设a带正电荷＋Q、b带负电荷－Q.原来a和b之间的库仑引力为F＝keq \f(Q2,r2)，第三个不带电的金属小球c与a接触后，a和c的电荷量都为＋eq \f(Q,2)，c与b接触时先中和再平分，则c、b分开后电荷量均为－eq \f(Q,4)，这时，a、b两球之间的相互作用力的大小F′＝keq \f(\f(Q,2)·\f(Q,4),r2)＝eq \f(F,8)，故A正确．
[答案] A
eq \a\vs4\al()
库仑定律的两个应用
(1)计算两个可视为点电荷的带电体间的库仑力．
(2)分析两个带电球体间的库仑力
①两个规则的均匀带电球体，相距比较远时，可以看成点电荷，库仑定律也适用，二者间的距离就是球心间的距离．
②两个规则的带电金属球体相距比较近时，不能被看成点电荷，此时两带电球体之间的作用距离会随电荷的分布发生改变．如图甲，若带同种电荷，由于排斥而作用距离变大，此时F