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鲁科版 (2019)必修 第三册第2节 库仑定律课文课件ppt
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第2节 库仑定律课文课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，思维导图，答案BD，答案C，实例引导，答案D等内容，欢迎下载使用。
1.知道点电荷以及带电体可以简化成点电荷的条件,体会物理模型在自然规律中的作用。(科学思维)2.理解库仑定律的内涵。(物理观念)3.体会用物理量之比定义新物理量的方法,能体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。(科学思维)4.了解库仑扭秤实验,能提出相关问题并进行探究。(科学探究)
【必备知识】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.实际带电体看作点电荷的条件取决于研究问题和精度要求。在测量精度要求范围内,带电体的形状、大小等因素对所研究的问题的影响可忽略时,带电体可视为点电荷。4.点电荷是一个理想模型。
二、两点电荷间的静电力想一想如图,O是一带正电的物体,把系在丝线上的带正电的小球先后挂在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。
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。
1.库仑定律(1)内容: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= ,式中k=9.0×109 N·m2/C2,称为静电力常量。(3)适用条件:真空中静止的点电荷。2.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1.库仑利用扭秤实验研究电荷间的相互作用,该装置通过秤杆旋转的角度来比较力的大小,力越大,旋转的角度越大。
库仑扭秤实验装置示意图
2.在库仑所处的时代,物体所带的电荷量无法测量,库仑利用“两相同金属小球接触平均分配电荷”解决了无法测量电荷量的问题。
【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体。( )解析 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问题的影响是否可以忽略不计。答案 ×(2)点电荷是理想模型,真正的点电荷是不存在的。( )答案 √
(3)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。( )解析 两电荷间的作用力遵从牛顿第三定律,所以q1对q2的静电力与q2对q1的静电力大小相等。答案 ×(4)由库仑定律表达式F= 知,当两带电体之间的距离r→0时,两电荷之间的库仑力F→∞。( )解析 当r→0时,两带电体已不能看成点电荷,库仑定律已不再适用。答案 ×(5)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。( )答案 √
2.已知真空中两点电荷Q与q的作用力为F,现使它们的带电荷量都增加为原来的2倍,并把它们之间的距离缩小为原来的一半,则此时它们之间的作用力为( )A.FB.4FC.8FD.16F解析 由库仑定律公式可知,它们之间的作用力为16F,故D选项正确。答案 D
【情境探究】两个带大量静电的乒乓球固定在相距1 m的绝缘平面上,研究两乒乓球相互作用的静电力时,能否把乒乓球看成点电荷?为什么?要点提示 能。因为乒乓球的直径比它们之间的距离小得多,在研究它们之间相互作用的静电力时,乒乓球的大小可忽略不计,所以乒乓球可以看成点电荷。
【知识归纳】1.点电荷是理想化模型,类似于力学中的质点,实际上并不存在。2.把带电体看成点电荷的条件一个带电体能否看成点电荷,关键是看其形状、大小及电荷分布状况对所研究问题的影响是否可以忽略不计。即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静电力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看作点电荷。
【实例引导】例1(多选)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大的带电体B.只要是均匀的球形带电体,就能被看作点电荷C.求一个半径为10 cm的带电圆盘和它相距5 cm处某个带电体间的静电力时,可以把圆盘看成点电荷D.求两个半径为10 cm的带电圆盘相距5 m时,它们之间的静电力,可以把圆盘看成点电荷
解析 能否把一个带电体看作点电荷,不是取决于带电体的大小、形状等,而是取决于研究问题的实际需要,看带电体的形状、大小和电荷分布状况对电荷之间的作用力的影响是否可以忽略。答案 AD
变式训练1(多选)(2021福建福州月考)关于元电荷和点电荷,下列说法中正确的是( )A.电子就是元电荷B.元电荷的电荷量等于一个电子或质子所带的电荷量C.电子一定是点电荷D.体积很大的带电体也可能视为点电荷解析 电子和质子是实实在在的粒子,而元电荷只是等于一个电子或质子所带的电荷量,A错误,B正确;带电体能否看成点电荷,不能以体积大小、电荷量多少而论,只要在测量精度要求的范围内,带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略,即可视为点电荷,C错误,D正确。答案 BD
【情境探究】原子结构模型示意图如图所示。该模型中,电子绕原子核做匀速圆周运动,就像地球的卫星一样。观察图片,思考:电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对电子的万有引力提供的吗?要点提示 原子核对电子的库仑力提供了向心力,两者间的万有引力要比库仑力小得多,完全可以忽略不计。
【知识归纳】1.静电力的确定(1)大小计算:利用库仑定律计算静电力时不必将表示电性的正、负号代入公式,只代入q1和q2的绝对值即可。(2)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。2.两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律不论电荷量大小如何,两点电荷间的库仑力大小总是相等的。3.库仑定律的适用范围(1)库仑定律只适用于能看成点电荷的带电体之间的相互作用。(2)两个形状规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷;相距较近时不能看作点电荷,此时球体间的静电力会随着电荷的分布而变化。
【实例引导】例2(多选)两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球,相距很远放置,其中一个球带的电荷量是另一个的5倍,它们之间的库仑力大小是F。现将两球接触后再放回原处,它们之间的库仑力大小可能为( )
规律方法 接触起电时电荷量的分配规律1.导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。2.当两个完全相同的金属球接触后,电荷将平均分配。(1)若两个球原先带同种电荷,电荷量相加后均分。(2)若两个球原先带异种电荷,则电荷先中和再均分。(3)当导体所带电荷的种类不确定时,应按照带同种电荷、带异种电荷两种情况来考虑导体接触后的带电情况。
变式训练2有三个完全相同的金属小球A、B、C,A所带电荷量为+7Q,B所带电荷量为-Q,C不带电。将A、B固定起来,然后让C反复与A、B接触,最后移去C,A、B间的相互作用力变为原来的( )
【情境探究】如图所示,真空中有三个点电荷A、B、C,它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上,电荷量都是Q,则电荷C所受的静电力方向向哪?
要点提示 以C为研究对象,受到F1和F2的作用,相互间的距离都相同。故合静电力的方向沿A与B连线的垂直平分线斜向下。
【知识归纳】1.真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个点电荷的电荷量及间距有关,跟它们的周围是否存在其他电荷无关。2.静电力叠加原理:若空间存在多个点电荷,某点电荷受到的作用力等于其他点电荷单独存在时对这个点电荷的作用力的矢量和。要点笔记 静电力是一种性质力,遵守力的所有规律。
【实例引导】例3如图所示,在A、B两点分别放置点电荷Q1=+2×10-14 C和Q2=-2×10-14 C,在AB的垂直平分线上有一点C,且AB=AC=BC=6×10-2 m。如果有一个电子在C点,它所受到的静电力的大小和方向如何?
解析 电子在C点同时受A、B点电荷对它的静电力FA、FB,如图所示,由库仑定律 =8.0×10-21 N。由平行四边形定则和几何知识可知,在C点的电子受到的静电力FC=FA=FB=8.0×10-21 N,方向平行于AB向左。答案 8.0×10-21 N 方向平行于AB向左
规律方法 当多个带电体同时存在时,每两个带电体间的静电力都遵守库仑定律。某一带电体同时受到多个静电力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力。这就是静电力的叠加原理。
变式训练3如图所示,等边三角形ABC的边长为L,在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB,QA=QB=+Q,求在顶点C处的正点电荷QC所受的静电力。
解析 正点电荷QC在C点的受力情况如图所示,QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变,仍然遵守库仑定律。
【情境探究】如图所示,两个点电荷,电荷量分别为q1=4×10-9 C和q2=-9×10-9 C,分别固定于相距20 cm的a、b两点,有一个带正电的点电荷q放在a、b所在直线上且静止不动,怎样确定该点电荷所处的位置?
要点提示 根据库仑定律和力的平衡条件确定点电荷q的位置。点电荷q无论放在直线上哪个位置,均受到q1的静电斥力和q2的静电引力处于平衡状态,这两个力应等大、反向;为了满足这两个力反向,应放在a点的左侧或b点的右侧;为了满足这两个力等大,结合q1
例4如图所示,电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点,电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上。其中O点与小球A的间距为l,O点与小球B的间距为 l,当小球A平衡时,悬线与竖直方向夹角θ=30°。带电小球A、B均可视为点电荷,静电力常量为k。求:带电小球的重力。
变式训练4(多选)如图所示,用两根绝缘细线悬挂着两个质量相等的小球A和B,此时上下细线受到的力分别为FA和FB。如果使A球带上正电,B球带上负电,上下细线受的力分别为FA'和FB',则( )A.FAFB'解析 未带电时,对A、B整体受力分析,FA=(mA+mB)g,对B受力分析,FB=mBg。带电后,设A、B之间的引力为F,对A、B整体受力分析,FA=(mA+mB)g,对B受力分析,FB=mBg-F。可知,选项C、D正确。答案 CD
1.(2021广东中山检测)真空中两个静止的点电荷,电荷量均为+q,距离为r,则它们间的静电力为( )
解析 根据同种电荷相互排斥可知,两点电荷间的静电力为排斥力,由库仑定律可知,静电力大小为 ,D正确。答案 D
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荷量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,则它们之间作用力的大小等于( )A.F B.2F
3.如图所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电,b带负电,a的电荷量比b的电荷量小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是( )A.F1B.F2 C.F3 D.F4
解析 据“同电相斥,异电相吸”的规律,确定金属小球c受到a和b的静电力方向,若a、b电荷量相同,c受力方向平行ab向右,考虑a的电荷量小于b的电荷量,故Fac与Fbc的合力只能为F2,选项B正确。答案 B
4.(2021山东潍坊月考)把质量为2 g 的带电小球A用细绳吊起来,将带电小球B靠近A,当B球带电荷量qB=4×10-6 C时,两个带电体恰在同一高度静止,且相距l=30 cm,绳与竖直方向的夹角为30°。小球A、B可视为点电荷,g取10 m/s2。求:(1)A球所受的静电力大小;(2)A球的带电荷量。
1.知道点电荷以及带电体可以简化成点电荷的条件,体会物理模型在自然规律中的作用。(科学思维)2.理解库仑定律的内涵。(物理观念)3.体会用物理量之比定义新物理量的方法,能体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。(科学思维)4.了解库仑扭秤实验,能提出相关问题并进行探究。(科学探究)
【必备知识】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.实际带电体看作点电荷的条件取决于研究问题和精度要求。在测量精度要求范围内,带电体的形状、大小等因素对所研究的问题的影响可忽略时,带电体可视为点电荷。4.点电荷是一个理想模型。
二、两点电荷间的静电力想一想如图,O是一带正电的物体,把系在丝线上的带正电的小球先后挂在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。
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。
1.库仑定律(1)内容: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= ,式中k=9.0×109 N·m2/C2,称为静电力常量。(3)适用条件:真空中静止的点电荷。2.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1.库仑利用扭秤实验研究电荷间的相互作用,该装置通过秤杆旋转的角度来比较力的大小,力越大,旋转的角度越大。
库仑扭秤实验装置示意图
2.在库仑所处的时代,物体所带的电荷量无法测量,库仑利用“两相同金属小球接触平均分配电荷”解决了无法测量电荷量的问题。
【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体。( )解析 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问题的影响是否可以忽略不计。答案 ×(2)点电荷是理想模型,真正的点电荷是不存在的。( )答案 √
(3)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。( )解析 两电荷间的作用力遵从牛顿第三定律,所以q1对q2的静电力与q2对q1的静电力大小相等。答案 ×(4)由库仑定律表达式F= 知,当两带电体之间的距离r→0时,两电荷之间的库仑力F→∞。( )解析 当r→0时,两带电体已不能看成点电荷,库仑定律已不再适用。答案 ×(5)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。( )答案 √
2.已知真空中两点电荷Q与q的作用力为F,现使它们的带电荷量都增加为原来的2倍,并把它们之间的距离缩小为原来的一半,则此时它们之间的作用力为( )A.FB.4FC.8FD.16F解析 由库仑定律公式可知,它们之间的作用力为16F,故D选项正确。答案 D
【情境探究】两个带大量静电的乒乓球固定在相距1 m的绝缘平面上,研究两乒乓球相互作用的静电力时,能否把乒乓球看成点电荷?为什么?要点提示 能。因为乒乓球的直径比它们之间的距离小得多,在研究它们之间相互作用的静电力时,乒乓球的大小可忽略不计,所以乒乓球可以看成点电荷。
【知识归纳】1.点电荷是理想化模型,类似于力学中的质点,实际上并不存在。2.把带电体看成点电荷的条件一个带电体能否看成点电荷,关键是看其形状、大小及电荷分布状况对所研究问题的影响是否可以忽略不计。即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静电力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看作点电荷。
【实例引导】例1(多选)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大的带电体B.只要是均匀的球形带电体,就能被看作点电荷C.求一个半径为10 cm的带电圆盘和它相距5 cm处某个带电体间的静电力时,可以把圆盘看成点电荷D.求两个半径为10 cm的带电圆盘相距5 m时,它们之间的静电力,可以把圆盘看成点电荷
解析 能否把一个带电体看作点电荷,不是取决于带电体的大小、形状等,而是取决于研究问题的实际需要,看带电体的形状、大小和电荷分布状况对电荷之间的作用力的影响是否可以忽略。答案 AD
变式训练1(多选)(2021福建福州月考)关于元电荷和点电荷,下列说法中正确的是( )A.电子就是元电荷B.元电荷的电荷量等于一个电子或质子所带的电荷量C.电子一定是点电荷D.体积很大的带电体也可能视为点电荷解析 电子和质子是实实在在的粒子,而元电荷只是等于一个电子或质子所带的电荷量,A错误,B正确;带电体能否看成点电荷,不能以体积大小、电荷量多少而论,只要在测量精度要求的范围内,带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略,即可视为点电荷,C错误,D正确。答案 BD
【情境探究】原子结构模型示意图如图所示。该模型中,电子绕原子核做匀速圆周运动,就像地球的卫星一样。观察图片,思考:电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对电子的万有引力提供的吗?要点提示 原子核对电子的库仑力提供了向心力,两者间的万有引力要比库仑力小得多,完全可以忽略不计。
【知识归纳】1.静电力的确定(1)大小计算:利用库仑定律计算静电力时不必将表示电性的正、负号代入公式,只代入q1和q2的绝对值即可。(2)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。2.两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律不论电荷量大小如何,两点电荷间的库仑力大小总是相等的。3.库仑定律的适用范围(1)库仑定律只适用于能看成点电荷的带电体之间的相互作用。(2)两个形状规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷;相距较近时不能看作点电荷,此时球体间的静电力会随着电荷的分布而变化。
【实例引导】例2(多选)两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球,相距很远放置,其中一个球带的电荷量是另一个的5倍,它们之间的库仑力大小是F。现将两球接触后再放回原处,它们之间的库仑力大小可能为( )
规律方法 接触起电时电荷量的分配规律1.导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。2.当两个完全相同的金属球接触后,电荷将平均分配。(1)若两个球原先带同种电荷,电荷量相加后均分。(2)若两个球原先带异种电荷,则电荷先中和再均分。(3)当导体所带电荷的种类不确定时,应按照带同种电荷、带异种电荷两种情况来考虑导体接触后的带电情况。
变式训练2有三个完全相同的金属小球A、B、C,A所带电荷量为+7Q,B所带电荷量为-Q,C不带电。将A、B固定起来,然后让C反复与A、B接触,最后移去C,A、B间的相互作用力变为原来的( )
【情境探究】如图所示,真空中有三个点电荷A、B、C,它们固定在边长为a的等边三角形的三个顶点上,电荷量都是Q,则电荷C所受的静电力方向向哪?
要点提示 以C为研究对象,受到F1和F2的作用,相互间的距离都相同。故合静电力的方向沿A与B连线的垂直平分线斜向下。
【知识归纳】1.真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个点电荷的电荷量及间距有关,跟它们的周围是否存在其他电荷无关。2.静电力叠加原理:若空间存在多个点电荷,某点电荷受到的作用力等于其他点电荷单独存在时对这个点电荷的作用力的矢量和。要点笔记 静电力是一种性质力,遵守力的所有规律。
【实例引导】例3如图所示,在A、B两点分别放置点电荷Q1=+2×10-14 C和Q2=-2×10-14 C,在AB的垂直平分线上有一点C,且AB=AC=BC=6×10-2 m。如果有一个电子在C点,它所受到的静电力的大小和方向如何?
解析 电子在C点同时受A、B点电荷对它的静电力FA、FB,如图所示,由库仑定律 =8.0×10-21 N。由平行四边形定则和几何知识可知,在C点的电子受到的静电力FC=FA=FB=8.0×10-21 N,方向平行于AB向左。答案 8.0×10-21 N 方向平行于AB向左
规律方法 当多个带电体同时存在时,每两个带电体间的静电力都遵守库仑定律。某一带电体同时受到多个静电力作用时可利用力的平行四边形定则求出其合力。这就是静电力的叠加原理。
变式训练3如图所示,等边三角形ABC的边长为L,在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB,QA=QB=+Q,求在顶点C处的正点电荷QC所受的静电力。
解析 正点电荷QC在C点的受力情况如图所示,QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变,仍然遵守库仑定律。
【情境探究】如图所示,两个点电荷,电荷量分别为q1=4×10-9 C和q2=-9×10-9 C,分别固定于相距20 cm的a、b两点,有一个带正电的点电荷q放在a、b所在直线上且静止不动,怎样确定该点电荷所处的位置?
要点提示 根据库仑定律和力的平衡条件确定点电荷q的位置。点电荷q无论放在直线上哪个位置,均受到q1的静电斥力和q2的静电引力处于平衡状态,这两个力应等大、反向;为了满足这两个力反向,应放在a点的左侧或b点的右侧;为了满足这两个力等大,结合q1
例4如图所示,电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点,电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上。其中O点与小球A的间距为l,O点与小球B的间距为 l,当小球A平衡时,悬线与竖直方向夹角θ=30°。带电小球A、B均可视为点电荷,静电力常量为k。求:带电小球的重力。
变式训练4(多选)如图所示,用两根绝缘细线悬挂着两个质量相等的小球A和B,此时上下细线受到的力分别为FA和FB。如果使A球带上正电,B球带上负电,上下细线受的力分别为FA'和FB',则( )A.FA
1.(2021广东中山检测)真空中两个静止的点电荷,电荷量均为+q,距离为r,则它们间的静电力为( )
解析 根据同种电荷相互排斥可知,两点电荷间的静电力为排斥力,由库仑定律可知,静电力大小为 ,D正确。答案 D
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荷量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,则它们之间作用力的大小等于( )A.F B.2F
3.如图所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电,b带负电,a的电荷量比b的电荷量小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是( )A.F1B.F2 C.F3 D.F4
解析 据“同电相斥,异电相吸”的规律,确定金属小球c受到a和b的静电力方向,若a、b电荷量相同,c受力方向平行ab向右,考虑a的电荷量小于b的电荷量,故Fac与Fbc的合力只能为F2,选项B正确。答案 B
4.(2021山东潍坊月考)把质量为2 g 的带电小球A用细绳吊起来,将带电小球B靠近A,当B球带电荷量qB=4×10-6 C时,两个带电体恰在同一高度静止,且相距l=30 cm,绳与竖直方向的夹角为30°。小球A、B可视为点电荷,g取10 m/s2。求:(1)A球所受的静电力大小;(2)A球的带电荷量。
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