物理选修32 库仑定律教案

这是一份物理选修32 库仑定律教案，共5页。
选修3-1§1.5库仑定律习题课学案
课 型
习题课
目 标
（一）知识与技能
1、通过例题的讲解进一步理解库仑定律的含义及其应用。
2、进一步熟练应用库仑定律的公式进行有关的计算。
（二）过程与方法
通过演示让学生探究影响电荷间相互作用力的因素，再得出库仑定律
（三）情感态度与价值观
培养学生的观察和探索能力
重点
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
知识主干
1.复习回顾
2．典例分析
3．课后巩固
学 习 过 程
1.复习回顾
1、复习上一节的内容：
（1）库仑定律的内容及表达式。
（2）库仑定律的适用条件。
适用条件：
真空中，两个点电荷之间的相互作用。
（3）应用库仑定律解题注意的事项。
2、典型例题分析：
【例1】
如图1所示，真空中有三个同种点电荷Q1、Q2和Q3，它们固定在一条直线上，电荷量均为Q=4.0×10－12C，求Q2所受的静电力的大小和方向。
【解析】
对Q2受力分析如图2所示，Q2所受的静电力为Q3 和Q1 对Q2的作用力的合力。
图1
Q1对Q2的作用力：
图2
Q3对Q2的作用力：
∴
代入数据得：，方向沿Q2、Q3连线指向Q3
【例2】
如图3所示，真空中有两个点电荷A、B，它们固定在一条直线上相距L=0.3m的两点，它们的电荷量分别为QA=16×10－12C，QB=4.0×10－12C，现引入第三个同种点电荷C，
（1）若要使C处于平衡状态，试求C电荷的电量和放置的位置？
（2）若点电荷A、B不固定，而使三个点电荷在库仑力作用下都能处于平衡状态，试求C电荷的电量和放置的位置？
图3
【解析】
（1）由分析可知，由于A和B为同种电荷，要使C处于平衡状态，C必须放在A、B之间某位置，可为正电荷，也可为负电荷。
设电荷C放在距A右侧x处，电荷量为Q3
∵ ① ∴ ②
∴ ③
∴ 4(L－x)2=x2 ④ ∴ x=0.2m
即点电荷C放在距A右侧0.2m处，可为正电荷，也可为负电荷。
（2）首先分析点电荷C可能放置的位置，三个点电荷都处于平衡，彼此之间作用力必须在一条直线上，C只能在AB决定的直线上，不能在直线之外。而可能的区域有3个，
① AB连线上，A与B带同种电荷互相排斥，C电荷必须与A、B均产生吸引力，C为负电荷时可满足；
② 在AB连线的延长线A的左侧，C带正电时对A产生排斥力与B对A作用力方向相反可能A处于平衡；C对B的作用力为推斥力与A对B作用力方向相同，不可能使B平衡；
C带负电时对A产生吸引力与B对A作用力方向相同，不可能使A处于平衡；C对B的作用力为吸引力与A对B作用力方向相反，可能使B平衡，但离A近，A带电荷又多，不能同时使A、B处于平衡。
③ 放B的右侧，C对B的作用力为推斥力与A对B作用力方向相同，不可能使B平衡；
由分析可知，由于A和B为同种电荷，要使三个电荷都处于平衡状态，C必须放在A、B之间某位置，且为负电荷。
设电荷C放在距A右侧x处，电荷量为Q3
对C： ∴ x=0.2m
对B： ∴ ，为负电荷。
【拓展】
若A、B为异种电荷呢？
【解析】
（1）电荷C放在B的右侧，且距B 0.3m处，电量的大小及正负无要求；
（2）电荷C放在B的右侧，且距B 0.3m处，C为正电荷，
学生归纳后进行总结：
同种电荷放中间，异种电荷在两边；
远离大球近小球，平衡位置连成线；
三个小球都平衡，电量正负有条件；
第三小球能平衡，电量正负任意选。
【例3】
图4
如图4所示，把质量为0.2克的带电小球A用丝线吊起，若将带电量为4×10-8C的小球B靠近它，当两小球在同一高度时且相距3cm，丝线与坚直方向夹角为45，此时小球B受到库仑力F=_____。小球A带的电量qA=_______。
图5
【解析】根据题意可知，小球A处于平衡状态，分析小球A受力情况如图5所示。小球A受到重力mg、丝线的张力T；。小球B对小球A的静电力F，三个力的作用。三个力的合力为零。
①
代入数据解得：
由①式可知： ②
代入数据解得： ③
小球B受到库仑力与小球A受到库仑力为作用力和反作用力，所以小球B受到的库仑力大小为2×10-3N。小球A与小球B相互吸引，B带正电，小球A带负电，所以：
qA=－0.5×10－8C
【说明】本题在解答过程中，物体的平衡条件成为关键内容，因此分析物体的受力，对力进行分解合成就成了必须的步骤。其次，小球A带电量为qA=-5×10－9C中的负号在答案中不是可缺少的内容，必须重视。
课后巩固练习：
课内提升：
1、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
2、两个相同的金属小球（可看作点电荷），带电量之比为1:7，在真空中相距为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是原来的（ ）
①4/7 ②3/7 ③9/7 ④16/7
13-1-1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
3、如图13-1-1所示，q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态。
（1）如q2为正电荷，则q1为 电荷，q3为 电荷。
（2）q1、q2、q3三者电量大小之比是 ： ： 。
课外迁移：
1、两个完全相同的金属球A和B，带异号不等量电荷，相隔一定距离，库仑力为F，把两球相互接触后再放回原处，则两球间的库仑力将：（ ）
A、减小 B、增大 C、不变 D、以上情形都有可能
2、下列关于点电荷的说法中，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是点电荷．
C．当两个带电体的形状对它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．任何带电球体，都可看作电荷全部集中于球心的点电荷．
3、A、B、C三个塑料小球，A和B、B和C、C和A之间都是互相吸引的，如果A带正电，则 [ ]
A．B、C球都带负电． B．B球带负电，C球带正电．
C．B、C球中必有一个带负电，另一个不带电． D．B、C球都不带电．
4、两个点电荷相距r时相互作用力为F，则 [ ]
A．电量不变距离加倍时，作用力变为F/4．
B．其中一个电荷的电量和两电荷间距都减半时，作用力不变．
C．每个电荷的电量和两电荷间距减半时，作用力为4F．
D．每个电荷的电量和两电荷间距都增加相同倍数时，作用力不变．
5、真空中两个点电荷Q1、Q2，距离为R，当Q1增大到2倍时，Q2减为原来的1/3，而距离增大到原来的3倍，电荷间的库仑力变为原来的：（ ）
A、4/9 B、4/27 C、8/27 D、2/27
6、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
7、库仑定律公式中静电力常数k的大小表示_______________．在国际单位制中k的单位是________．
8、电子质量为9.1×10-31kg，电子电量与氢原子核电量均为1.6×10-19C，电子绕核轨道半径为5.3×10-11m，可估算出氢原子的核外电子绕核运动的速度大小数量级为______ m/s．
9、在真空中有两个相距0.18m的点电荷，Q1电量为十1.8×10-12C。两个点电荷间的静电力F=1.0×10-12N，求Q2所带的电量及带电性质？