高中物理人教版 (新课标)选修32 库仑定律学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 库仑定律学案，共8页。学案主要包含了课程导学，范例精析等内容，欢迎下载使用。

课题
1.2 库仑定律
学习目标
1．通过实验掌握库仑定律，点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，记住静电力常量．
2．通过例题及练习会用库仑定律的公式进行有关的计算．
3．通过阅读知道库仑扭秤的实验原理．
学习重、难点
重点：掌握库仑定律
难点：会用库仑定律的公式进行有关的计算
学法指导
库伦的实验是建立该定律的基础，注意类比方法在实验中的应用。
课前预习
1．探究电荷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________．
3．静电力：________间的相互作用力，也叫________．它的大小与带电体的________及________有关．
4．点电荷：自身的________________比相互之间的距离______________的带电体．
5．库仑定律：真空中的两个点电荷之间的相互作用力的大小，与它们电荷量的乘积成____________，与它们距离的二次方成________，作用力的方向在它们的________．
6．库仑定律的公式F＝________，式中k叫做静电力常量，k的数值是________．
预习评价
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
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
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.eq \f(F,2) B．4F C．2F D.eq \f(F,4)
4．如图2所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在一直线上，q2与q3间距离为q1与q2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2
A．(－9)∶4∶(－36) B．9∶4∶36
C．(－3)∶2∶(－6) D．3∶2∶6
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
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？
[要点提炼]
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．
二、库仑定律
[问题情境]
1．什么是库仑力？其大小如何确定？方向又如何确定？
2．库仑定律及表达式与哪个定律相似？
[要点提炼]
库仑定律的适用条件是：(1)__________________；(2)____________________．
[问题延伸]
有人根据F＝eq \f(kq1q2,r2)推出当r→0时，F→∞，正确吗？
三、库仑的实验
[问题情境]
库仑扭秤是如何把力的作用效果放大的，如何确定力F的大小？此实验是如何把带电金属球所带的电荷量均匀改变的？
【范例精析】
例1 两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小为( )
A．F＝keq \f(q1q2,3R2) B．F＞keq \f(q1q2,3R2)
C．F＜keq \f(q1q2,3R2) D．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q1、q2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q1、q2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keq \f(q1q2,3R2)，也可能大于keq \f(q1q2,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 C
D．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＝keq \f(7Q×Q,r2)
当A、C两球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带电eq \f(7,2)Q；当B、C两球接触时，两球均带电eq \f(1,2)(eq \f(7,2)Q－Q)＝eq \f(5,4)Q
故后来A、B两球之间的作用力F′＝keq \f(\f(7,2)Q×\f(5,4)Q,r2)＝eq \f(5,8)F.
答案 eq \f(5,8)
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eq \f(r,2)，则两球间库仑力的大小为( )
A.eq \f(1,12)F B.eq \f(3,4)F C.eq \f(4,3)F D．12F
答案 C
解析 两金属球间原来的库仑力F＝keq \f(Q·3Q,r2)＝keq \f(3Q2,r2)，两球接触后各带相同电荷量Q′＝eq \f(－Q＋3Q,2)＝Q，又因它们的距离变为eq \f(r,2)，所以此时它们间的库仑力F′＝keq \f(Q·Q,\f(r,2)2)＝keq \f(4Q2,r2)＝eq \f(4,3)F，故C项正确．
例3 两个正电荷q1和q2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q3，q3＝－1 C，求q3所受的静电力．
思路点拨 解答本题时，可按以下思路分析：(1)q1对Q的库仑力；(2)q2对Q的库仑力；(3)库仑力的合力．
解析 (1)依据库仑定律知道q1、q2对Q的库仑力大小相等，方向相反，故合力为零．
(2)如图，q3受q1的引力F31，受q2的引力F32，方向向右，合力为F3＝F31＋F32＝k eq \f(q1q3,r\\al(2,PA))＋k eq \f(q2q3,r\\al(2,BP))＝3×1010N.
答案 (1)零 (2)3×1010 N，方向向右
变式训练3 如图1所示，两个点电荷，电荷量分别为q1＝4×10－9 C和q2＝－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( )
A．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 图1
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q1点电荷的外侧，设距q1距离为x，由keq \f(q1q,x2)＝keq \f(q2q,x＋202)，将数据代入，解得x＝40 cm，故A项正确．
达标检测
A类
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作点电荷
B．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可忽略时，这两个带电体可看作点电荷
D．一切带电体都可以看成是点电荷
2、真空中有两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果保持它们所带的电量不变，将它们之间的距离增大到原来的3倍，它们之间作用力的大小等于（ ）
A.F B.3F C.F/3 D.F/9
3. A、B两点电荷间的距离恒定，当其他电荷移到A、B附近时，A、B间相互作用的库仑力将（ ）
A.可能变大 B.可能变小 C.一定不变 D.无法确定
4.真空中两个相同的金属小球A和B，带电荷量分别为QA=2×10-8C和QB=4×10-8C，相互作用力为F.若将两球接触后再放回原处，则它们之间的作用力将变为（ ）
A.9F/8 B.F C.8F/9 D.2F/3
5.有A、B、C三个塑料小球，A和B、B和C、C和A之间都是相互吸引的，如果A带正电，则（ ）
A.B和C两球均带负电
B.B球带负电，C球带正电
C.B和C两球中必有一个带负电，而另一个不带电
D.B和C两球都不带电
6. 关于库仑定律的公式F=kQ1Q2/r2，下列说法中正确的是（ ）
A.当真空中两个电荷间距离r→∞时，它们间的静电力F→0
B.当真空中两个电荷间距离r→0时，它们间的静电力F→∞
C.当两个电荷间的距离r→∞时，库仑定律的公式就不适用了
D.当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了
7.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.每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变
B.保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍
C.使一个点电荷的带电荷量加倍，另一个点电荷电荷量保持不变，同时将两点电荷间的距离减小为原来的1/2
D.保持点电荷的带电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的1/2
8.两个大小相同、可看成是点电荷的金属小球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、同样大小的绝缘金属小球C先与a球接触，再与b球接触后移去，则a、b两球间静电力大小变为（ ）
A.F/2 B.3F/8 C.F/4 D.F/8
9.关于点电荷的说法中正确的是（ ）
A、真正的点电荷是不存在
B、点电荷是一种理想化的物理模型
C、小的带电体就是点电荷
D、形状和大小对所研究的问题的影响可以忽略不计的带电体
10.两个放在绝缘架上的相同金属球，相距d，球的半径比d小得多，分别带q和3q的电荷，相互斥力为3F，现将这两个金属球接触，然后分开，仍放回原处，则它们的相互斥力将变为（ ）
A．0 B．F C．3F D．4F
11.两点电荷A、B带电量qA＞qB，在真空中相距为L0，现将检验电荷q置于某一位置时所受库仑力恰好为零，则此位置当A、B为（ ）
A．同种电荷时，在A、B连线上靠近B一侧
B．同种电荷时，在A、B连线上靠近A一侧
C．异种电荷时，在BA连线的延长线上靠近A一侧
D．异种电荷时，在AB连线的延长线上靠近B一侧
B类
1.两个相同的金属小球，带电荷量之比为1:7，相距为r，两者相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的（ ）
A.4/7 B.3/7 C.9/7 D.16/7
2.真空中两个同种点电荷Q1和Q2，它们相距较近，使它们保持静止状态今释放Q2，且Q2只在Q1的库仑力作用下运动，则在Q2运动过程中速度和加速度的变化情况是（ ）
A.速度不断变大，加速度不断变大 B.速度不断变大，加速度不断变小
C.速度不断变小，加速度不断变大 D.速度不断变小，加速度不断变小
3.两个半径相等体积不能忽略的金属球相距r,它们带有等量同种电荷q时，相互间的库仑力为F1，若距离不变，它们带有等量异种电荷q时，库仑力为F2，则两力大小（ ）
A．F1＞F2 B．F1＜F2
C．F1＝F2 D．无法确定
4.有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中，A球带电荷量为7Q，B球带电荷量为-Q，C球不带电.将A和B固定起来，然后让C球反复与A球和B球接触，最后移去C球，求A和B间的相互作用力将变为原来的多少倍。
5.如图所示，在光滑绝缘的水平面上沿一直线等距离排列三个小球A、B、C，三球质量均为m，相距均为L，若三球均带电，且qA= + 10q，qB= + q，为保证三球间距不发生变化，将一水平向右的恒力F作用于C球，使三者一起向右匀速运动。求：（1）F的大小；（2）C球的电性和电量。
学
习
反
思