中学物理备课资料8

中学物理教学资料第8单元：库仑定律【教学结构】本章教材的特点：⒈教材内容比较抽象，学生接受、理解比较困难。⒉物理概念，物理规律多，关系复杂，学生很难掌握知识的内在联系，形成知识系统。⒊与力学、运动学知识联系多，对学生基础知识要求高。一、正、负电荷，电荷守恒⒈同性电荷互相推斥，异性电荷互相吸引。⒉中和：等量异种电荷相互抵消的现象。⒊⒊物体带电：使物体中的正负电荷分开过程。（不带电物体，正负电荷等量）带正电：物体失去一些电子带正电。带负电：物体得到一些电子带负电。⒋⒋电荷守恒：电荷不能创造，不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。二、库仑定律，本章教材重点内容之一。⒈实验：学生动手做摩擦起电实验；演示实验：同性电荷相推斥，异性电荷相吸引。（注意学生的感性知识）⒉⒉FKQQr122(1)(1)库仑定律的适用条件：真空中，两个点电荷之间的相互作用。点电荷：带电体大小和它们之间的距离相比可以忽略。理解为带电体只为一点，电荷集中于该点，r即为两个带电体之间距离。当带电体大小与它们距离相比不可忽略时，电荷不能视为集中一点，r不能确定，不适用库仑定律。(2)(2)K：静电力恒量。重要的物理常数K=9.0×109Nm2/C2，其大小是用实验方法确定的。其单位是由公式中的F、Q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，各物理量的单位必须是：F：N、Q：C、r：m。(3)(3)关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法，使用公式计算时，点电荷电量用绝对值代入公式进行计算，然后根据同性电荷相斥、异性电荷相吸判断方向即可。(4)(4)库仑力也称为静电力，它具有力的共性。它与高一时学过的重力，弹力，摩擦力是并列的。它具有力的一切性质，它是矢量，合成分解时遵从平行四边形法则，与其它的力平衡，使物体发生形变，产生加速度。(5)(5)FKQQr122,F是Q1与Q2之间的相互作用力，F是Q1对Q2的作用力，也是Q2对Q1的作用力的大小，是一对作用力和反作用力，即大小相等方向相反。不能理解为Q1Q2，受的力也不等。【解题点要】例一：真空中有甲、乙两个点电荷，相距为r，它们间的静电力为F。若甲的电量变为原来的2倍，乙的电量变为原来的1/3，距离变为2r，则它们之间的静电力变为（）A.A.3F/8B.F/6C.8F/3D.2F/3解析：根据题目给出条件，真空中，点电荷，符合库仑定律条件。FKQQr122当QQQQrr甲甲乙乙'''2132时FKQQrkQQrF'2134161622甲乙甲乙答案应选：B应注意，点电荷之间的相互作用力是与两个点电荷电量乘积成正比，与两个点荷距离的平方成反比。解答问题时，要考虑三个量的变化。例二：如图1所示，等边三角形ABC，边长为L，在顶点A、B处有等量异性点电荷QA,QB,QA=+Q,QB=-Q，求在顶点C处的点电荷QC所受的静电力。解析：分析QC受几个力，确定各力大小和方向。因QB的存在QA对QC的作用力，还遵守库仑定律吗？QC题目中没有交待电性，解答时就需考虑两种情况，即QC为正电，QC为负电。当QC为正电时，受力情况如图2所示，QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其它电荷的存在而改变，仍然遵守库仑定律的规律。图1图2QA对QC作用力：2LQQKFCAA，同性电荷相斥。QB对QC作用力：FKQQLBBC2，异性电荷相吸。∵QA=QB=Q∴FA=FB根据平行四边形法则，QC受的力F1即为FA、FB的合力，根据几何知识可知，QC受力的大小，F1=FA=FB=KQQLC2，方向为平行AB连线向右。当QC为负电时，如图3所示。FKQQLC22方向平行AB连线向左。从本题解答可知：(1)静电力合成分解时遵守平行四边形法则。(2)题中不交待电性时，需根据题给的条件判断其电性，若不能判断电性，应按两种情况处理。(3)求静电力时要计算其大小还要回答力的方向。例三：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4图3解析：丝线为什么能与竖直方向成45角，此时小球处于什么状态，根据题给的条件，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。mg:小球A的重力。T:丝线的张力。F:小球B对小球A的静电力。三个力的合力为零。F=mgtg45=0.2×10-3×10×1=2×10-3N。题中小球A，B都视为点电荷，它们之间相互吸引，其作用力大小FKqqrAB2∴C105.0104100.9)103(10245tg8892232ABAqmgrqqK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=-0.5×10-8C中的负号在答案中不是可缺少的内容，必须重视。例四：相距为L的点电荷A、B的带电量分为+4Q和-Q，要引进第三个点电荷C，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？解析：如图6所示，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带异性电荷互相吸引，C电荷必须与A、B均产生推斥力，这不可能，因为无论C带什么电都不能对AB均产生推斥力。2.在AB连线的延长线A的左侧，C带负电时对A产生吸引力与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作用力方向相反，也可能使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的右侧能满足A、B同时处于平衡，C同时也平衡。设：点电荷C置于B的右侧且距离B为x，带电荷为q，则图5图6KQqLxKQQL4422()A处于平衡KQqxKQQL224B处于平衡解方程：q=4Q，x=L本题的解答过程，要求学生能熟练使用库仑定律，物体的平衡条件。同时要求学生有比较强的分析问题，解决问题的能力。【课余思考】⒈库仑定律的适用条件是什么？⒉要使两个点电荷之间的静电力变为原来的12，可有哪些办法。【同步练习】⒈真空中保持一定距离的两个点电荷，若其中一个点电荷增加了1/2，但仍然保持它们之间的相互作用力不变，则另一点电荷的电量一定减少了（）A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2⒉已知点电荷A的电量是B点电荷的2倍，则A对B作用力大小跟B对A作用力大小的比值为（）A.2:1B.1:2C.1:1D.不一定⒊如图7所示，用两根绝缘细线挂着两个质量相同的不带电的小球A和B，此时，上、下细线受的力分别为TA、TB，如果使A带正电，B带负电，上、下细线受力分别为TA，TB，则（）A.TATAB.TBTBC.TA=TAD.TBTB⒋真空中有两个大小相等的带电球体，带电量分别为4×10-8C和-8×10-8C，相距为r(r远大于球半径)时，它们之间的静电引力为F，若将两个带电体接触后再分开，仍相距r，它们之间的静电力为_________力（吸引或排斥），静电力大小为F=______F。⒌两个质量都是m的小球，都用细线拴在同一点，两细线长度相等，两球都带上正电荷，但甲球电量比乙球多，平衡时两细线分别与竖直方向夹角为Q1和Q2，则二者相比，Q1_____Q2。⒍两个点电荷，它们带有同种性质的电荷，所带电量之比为2:5，质量之比为1:2，置于真空中，相距为L，同时释放后，它们加速度之比为________，经过t秒后，它们动量之比为________，它们动能之比为________。图7[参照答案]⒈C⒉C⒊BC⒋排斥、18、5⒌=⒍2:1；1:1；2:1