物理必修 第三册2 库仑定律备课ppt课件

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1．实验现象．(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越______．(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越________．2．实验结论．电荷之间的作用力随着电荷量的增大而________，随着距离的增大而________．
探究影响电荷间相互作用力的因素
(多选)如图所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小，这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来(小球与物体O在同一水平线上)．若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示．则下列对该实验的判断正确的是(　　)
A．可用控制变量法，探究F与Q、q、d的关系B．保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比C．保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关D．保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比【答案】AC
【解析】保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d有关，但不能确定成反比关系，B错误；保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关，C正确；保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F随Q的减小而减小，但不能确定成正比关系，D错误；由上述可知A正确．
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________，与它们的________的二次方成________，作用力的方向在它们的连线上．这种电荷之间的相互作用叫作________或库仑力．2．点电荷：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，带电体可以看作________．
3．点电荷的特点．(1)带电体间的距离比它们自身的大小__________．(2)带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷之间的________的影响可以忽略．(3)点电荷是一种理想化的模型．
5．表达式：F＝____________，式中k叫作静电力常量，k＝__________________．
9.0×109 N·m2/C2　
6．静电力的叠加原则．(1)两个点电荷间的作用力________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____________．
1．点电荷是物理模型．点电荷只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于质点，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，以至于带电体的形状和大小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．注意区分点电荷与元电荷．(1)元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值．(2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其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．
例1　关于点电荷，下列说法正确的是(　　) A．点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体 B．点电荷、元电荷、检验电荷是同一种物理模型 C．任何带电球体，都可看作电荷全部集中于球心的点电荷 D．带电体能否看作点电荷既不取决于带电体大小也不取决于带电体的形状 【答案】D
【解析】带电体是否看作点电荷，与带电体的形状，体积的大小无关，当其大小在研究的问题中可以忽略不计时，可以简化为点电荷，故A、C错误，D正确；根据定义可知，点电荷、元电荷、检验电荷表示的意义不一样，点电荷是理想化的物理模型，元电荷和检验电荷不是物理模型，故B错误．
变式1　下列带电荷可视为点电荷的是(　　)A．电子和质子在任何情况下都可视为点电荷B．在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体可视为点电荷C．带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷D．带电的金属球一定不能视为点电荷【答案】C
【解析】电子和质子在研究的范围非常小，与它的大小差不多时，不能看作点电荷，故A错误；在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体在一定的条件下可视为点电荷，故B错误；带电的细杆在它的大小与研究的范围相比可以忽略不计时，可以视为点电荷，故C正确；带电的金属球在它的大小与研究的范围相比来说可以忽略不计时，可以视为点电荷，故D错误．
对点电荷的两点认识1．带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的大小、形状与距离相比能否忽略．2．同一带电体，在不同问题中有时可以看作点电荷，有时不可以看作点电荷．
1．两个点电荷间的库仑力．两个电荷之间的库仑力同样遵守牛顿第三定律，即作用力与反作用力总是等大反向，而不是质量大、电荷量大的作用力大．2．两个带电球体间的库仑力．(1)两个外形规则、带电均匀的球体，相距比较远时，可以看成点电荷，也适用库仑定律，球心间的距离就是二者的距离．
1．库仑力作用下的平衡问题．分析带电体在有库仑力作用下的平衡问题时，方法仍然与力学中物体的平衡方法一样，具体步骤：(1)确定研究对象；(2)进行受力分析；(3)建立坐标系；(4)列方程F合＝0，正交分解，∑Fx＝0，∑Fy＝0；(5)求解方程．
2．三个自由点电荷的平衡问题．(1)条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反．(2)规律：“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上；“两同夹异”——正负电荷相互间隔；“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小；“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷．
变式3　把质量为2.0 g的带负电的小球A用绝缘细绳悬挂起来，若将电荷量为Q＝4.0×10－6 C的带电小球B靠近小球A，如图所示．当两个带电小球在同一高度相距30 cm时，绳与竖直方向恰成45°角．g取10 m/s2，求：(小球A、B可看成点电荷，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)(1)A球所受的库仑力大小；(2)A球所带的电荷量．
【答案】(1)0.02 N　(2)5×10－8 C
1784年至1785年间，法国物理学家查尔斯·库仑通过扭秤实验验证了库仑定律．扭秤的结构如图所示：在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体B，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球C．为了研究带电体之间的作用力，先使A、C各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转．
转动悬丝上端的旋钮，使小球回到原来位置，这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩．如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力，并且通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小．
1．下列说法中正确的是(　　)A．点电荷就是体积很小的带电体B．点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C．点电荷是一种理想化模型，实际不存在D．点电荷的电荷量一定是1.6×10－19 C 【答案】C
【解析】当一个带电体的形状及大小对它们间的相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，是由研究问题的性质决定，与自身大小、形状、电量无具体关系，是一种理想化模型，A、B错误，C正确；元电荷是电量的最小值，点电荷的值可以等于元电荷，也可以是元电荷的整数倍，即点电荷的电荷量可多可少，D错误.
4．如图所示，在绝缘光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，同时从静止释放，则两个小球的加速度大小和速度大小随时间变化的情况是(　　)A．速度变大，加速度变大B．速度变小，加速度变小C．速度变大，加速度变小D．速度变小，加速度变大
【答案】C【解析】因电荷间的静电力与电荷的运动方向相同，故电荷将一直做加速运动，又由于两电荷间距离增大，它们之间的静电力越来越小，故加速度越来越小．
5．一端固定在天花板上的绝缘细线，另一端与一带正电的小球M相连接，在小球M下面的一绝缘水平面上固定了另一个带电小球N，在下面四个选项中，小球M能处于静止状态的是(　　)
　 A　　 　 　B　　 　　C　 　　　D