高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册库仑定律导学案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册库仑定律导学案，共4页。
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．知道点电荷的概念，通过点电荷模型的建立感悟科学研究中建立模型的重要意义。
3．理解库仑定律的内容、公式及适用条件。
4．理解库仑力的概念，会用库仑定律进行有关计算。
[学生用书P6]
一、点电荷
1．静电力：电荷间的相互作用力。
2．点电荷：当带电体本身的大小比它与其他带电体之间的距离小得多，以至于其形状、大小及电荷分布等因素对它与其他带电体之间相互作用的影响可忽略时，这样的带电体称为点电荷。
3．元电荷：电子的电荷量大小e＝1.6×10－19 C，密立根油滴实验证明了带电微粒的电荷量的大小都是e的整数倍。e是电荷量值的一个基本量，这个电荷量称为元电荷。
二、两点电荷间的静电力
1．库仑定律：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Q1、Q2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．公式：F＝k eq \f(Q1Q2,r2) ，其中k＝9.0×109N·m2/C2，
称为静电力常量。
3．适用条件：(1)在真空中；
(2)静止点电荷。
4．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矢量和。
三、库仑扭秤实验
库仑扭
秤实验装置示意图如图所示，在细金属悬丝下悬挂一横杆，杆两端有金属小球A、B，在A旁有与它相同的金属小球C。当A、C带电发生相互作用时，秤杆会因A端受力而旋转，力的大小可借助旋转的角度得出。当时没有精密测量力的仪器和量度电荷量的单位，但库仑巧妙借助扭秤，测量了很小的静电力；用两个相同的金属小球，先让一个带电另一个不带电，然后让它们接触，使电荷量在两个金属小球间平均分配，间接解决了电荷量的测量问题。
判断下列说法是否正确。
(1)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷。( )
(2)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。( )
(3)探究电荷间的作用力与某一因素的关系时，应采用控制变量法。( )
(4)静电力常量k在数值上等于两个带电荷量为1 C的点电荷相距1 m时的相互作用力的大小。( )
提示：(1)× (2)√ (3)√ (4)√
Ｋ
知识点一 点电荷[学生用书P7]
eq \a\vs4\al()
有人说“点电荷是指电荷量很小的带电体”，这种说法对吗？为什么？
[提示] 不对。一个带电体能否看成点电荷，要看所研究的具体问题，而不是由物体的大小或所带电荷量大小而定。

1．点电荷模型
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它们之间的作用力的影响很小，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)点电荷是不考虑带电体的大小和形状及电荷分布状况的带电体，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。
(双选)下列关于点电荷的说法正确的是 ( )
A.两个带电体无论多大，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] 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，A正确，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，B错误；两个带电金属小球，当离得很近时，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，D正确。
[答案] AD
关于对元电荷和点电荷的理解正确的是( )
A.元电荷实质上指电子和质子本身
B.点电荷在实际中存在
C.体积很小的带电体就是点电荷
D.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量，通常取作e＝1.6×10－19 C
[解析] 元电荷是表示跟电子(质子)所带电荷量数值相等的电荷量，不是指电子和质子，通常取作e＝1.6×10－19 C，故A错误，D正确；电荷的形状、体积和电荷量对分析的问题的影响可以忽略时，该电荷就可以看成点电荷，是一种理想化模型，在实际中并不存在，并不是只有体积很小的带电体才能看作点电荷，故B、C错误。
[答案] D
知识点二 库仑定律[学生用书P8]
eq \a\vs4\al()
(1)探究电荷间作用力的大小与距离的关系：如图所示，把两个完全相同、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)。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？
(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，同时改变两小球的电荷量(如用带电棒同时接触两球)，再观察细线偏离的角度，可得出什么结论？
[提示] (1)增大两细线悬点之间的距离，细线偏离的角度变小。
(2)增加两小球的电荷量时，细线偏离的角度变大，减少两小球的电荷量时，细线偏离的角度变小。

1．适用条件
(1)真空。
(2)静止点电荷。
这两个条件都是理想化的，在空气中库仑定律也近似成立。
2．库仑力
(1)大小计算：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。
(2)方向判断：在两电荷的连线上，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
(3)库仑力也叫“静电力”，是按性质命名的力。
3．两个应用
(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，由于排斥作用而距离变大，此时F