高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第2节 库仑定律集体备课ppt课件

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4.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,所以带电体能否看成点电荷具有相对性。
1.库仑定律(1)真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二 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 ,其中k=9.0×109 N·m2/C2,叫做静电力常量。(3)适用条件: 在真空中;两静止点电荷。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。即静电力的合成遵循平行四边形定则。
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.根据F=k 推出当r→0时,F→∞。 (　    )4.当第三个点电荷移近真空中两个点电荷时,原来两点电荷间的库仑力的大小和方向会发生 变化。 (　    )5.两带电小球间存在库仑力,但没有万有引力。 (　    )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
✕ 从数学角度分析似乎正确,但从物理意义上分析却是错误的。因为当r→0时,两带电体已不能看做点电荷,库仑定律不再适用。
✕ 万有引力是自然界中任意两个有质量的物体间的相互作用,两带电小球间也存在万有引力,只是万有引力比库仑力小得多,一般不考虑。
情境探究　　如图所示,两质量分布均匀,半径为R的金属球甲、乙放在绝缘支架上。 甲球带有正电荷q1,乙球带有负电荷q2,且q1≠q2,放在真空中相距为r的地方,甲、乙两球的半 径均远小于r。
问题1 能否应用库仑定律求两球之间的静电力?提示    因为两球的半径都远小于r,所以可以将两球视为两个点电荷考虑,可以应用库仑定律 求两球之间的静电力。
问题2 两球之间的静电力是引力还是斥力?提示    两球带异种电荷,它们之间的静电力是引力。
问题3 如果两个金属球完全相同,接触后放回原处,两球之间的作用力如何求解?提示    如果两个金属球完全相同,则接触后电荷量先中和后平分,每个金属球的带电荷量为Q'1=q'2= ,两个电荷之间的斥力为F1=k 。
问题4 如果这两个金属球体积不相同,相互接触后再放回原处,还能求出其作用力吗?提示    由于两球体积不同,分开后分配的电荷量将不相等,故无法知道两球的电荷量,也无法 求出两球间的作用力。
讲解分析1.库仑定律的适用条件:(1)真空中;(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。2.两个点电荷间的库仑力(1)真空中两个静止点电荷间相互作用力的大小只跟两个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)两个点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。3.库仑力的性质库仑力具有力的共性,是矢量,库仑力的合成与分解同样遵循平行四边形定则。在解决多个 电荷相互作用问题时,运用矢量合成法则。
4.两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,也适用库仑定律,球心间的距离 就是二者的距离。(2)两个规则的带电金属球体相距比较近时,不能看成点电荷,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。如图甲所示,若带同种电荷,由于相互排斥而作用距离变大,此 时Fk 。 
讲解分析1.在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题(1)平衡的条件: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 
①“三点共线”——三个点电荷分布在同一条直线上;②“两同夹异”——两侧的点电荷电 性相同,中间的点电荷的电性一定与两侧的相反;③“两大夹小”——中间电荷的电荷量最 小;④“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。(3)三个点电荷的电荷量满足 = + 。2.不在同一条直线上多个点电荷的平衡问题(1)根据题干条件,恰当选取研究对象,进行受力分析;(2)利用F=k 求出每个电荷受到的静电力;(3)根据平衡条件,利用相似三角形法、图解法、正交分解法等方法列式求解。
典例 如图所示,ABCD为竖直放置的绝缘细管道,其中AB部分是半径为R的 光滑圆弧形管道,BCD部分是固定的水平光滑直管道,两部分管道恰好相切于B点。水平面内的M、N、B三点 连线构成边长为L的等边三角形,MN连线过C点且垂直于BCD【1】。两个带等量异种电荷的点 电荷分别固定在M、N两点【2】,电荷量分别为+Q和-Q。现把质量为m、电荷量为+q的小球 (小球直径略小于管道内径,小球可视为点电荷),由管道的A处由静止释放【3】,已知静电力常 量为k,重力加速度为g。求: 
(1)小球运动到B处时受到电场力的大小;(2)小球运动到B处时,对管道的压力大小;(3)写出小球从B点进入直管道,运动到C点的过程中,对轨道的压力FN随图中θ变化的关系 式。
信息提取    【1】BD为M、N连线的中垂线,∠NBM为60°,∠NBD为30°。【2】小球在B点受两个电荷的电场力,借助库仑定律和平行四边形定则,可以求解电场力。【3】小球初速度为0。
思路分析    小球的运动过程可以分为两段,第一段从A到B,小球受到的电场力和管道对它的 弹力都不做功,只有重力做功,利用动能定理【4】和牛顿第二定律【5】,可求解在B点管道对小球 的压力在竖直方向的分力;结合力的平衡条件【6】可求出管道对小球的压力在水平方向的分 力;再利用力的平行四边形定则【7】和牛顿第三定律【8】可求解小球对管道的压力大小。第二段从B到C,根据库仑定律和力的合成规律【9】求解FN与θ的关系。
解析    (1)设小球在圆弧形管道最低点B处受到+Q和-Q的库仑力大小分别为F1和F2,则F1=F2=k  ①(由【2】得到)小球运动到B处时受到的电场力为F1和F2的合力F,由平行四边形定则得F=2F1 cs 60° ②(由【1】得到)联立①②得F=k  ③(2)从A到B只有重力做功,根据动能定理,有 m -0=mgR ④(由【4】得到)设在B点管道对小球的压力沿竖直方向的分力为NBy,由牛顿第二定律得NBy-mg=m  ⑤(由【5】得到)联立④⑤解得
NBy=3mg ⑥设在B点管道对小球的压力在水平方向的分力为NBx,则NBx=F=k  ⑦(由【6】得到)在B点管道对小球的压力大小为NB= =  ⑧(由【7】得到)由牛顿第三定律可得小球运动到B处时,对管道的压力大小为NB'=NB=  ⑨(由【8】得到)(3)小球从B点进入直管道,运动到C点的过程中,两个等量异种电荷对小球的静电力的合力垂 直于直管道且水平,静电力的大小