好用1.2库仑定律课件新人教版选修3

新课标高中物理选修3－1第一章静电场2、库仑定律库仑研究定律的过程1.提出问题2.做出假说3.实验探究⑴.实验构思⑵.实验方案4.对假说进行修正和推广既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。影响两点电荷间作用力的因素：距离和电荷量．定性关系：电荷量越大，距离越小，电荷之间的作用力越大。。。21qqF2221qqF。。。定量关系？r一定时，r1F2r1F。。。q一定时，提出困难（测F、q1、q2、r）1、F太小不易测量2、没有电荷量的概念q无法测量我有办法！库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆．库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好的教育。著有《电力定律》、《电气与磁性》等书。不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献，做为一名工程师，他在工程方面也作出过重要的贡献．阅读问题1、库仑通过什么方法比较力的大小？2、库仑通过什么方法比较电荷量的大小？库仑的实验库仑扭秤三、库仑扭秤实验F∝1r2F∝q1q2F=kq1q2r2k---静电力常量且k=9.0×109N·m2/C21785年,库仑用他自己发明的扭秤,从实验得到静电力的平方反比定律。1.q1、q2一定时，探究F与r的关系2.r一定时，探究F与的q1、q2关系研究方法：结论：F∝1/r2结论：即F∝q1q2实验方案思想方法1、小量放大思想2、电荷均分原理控制变量法.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，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。2、电荷间相互作用力叫做静电力或库仑力.静电力常量：k=9.0×109N·m2/C24、方向：同性相斥,异性相吸.3、公式221rqqkF5、适用条件（1）.真空中（空气中近似成立）（2）.点电荷.b.点电荷是一个理想化的模型，实际生活中并不存在。a.内容：当带电体的大小、形状比起相互作用的距离小很多时,以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间作用力的影响可以忽略不计时，带电体可视为点电荷.课堂训练1、下列说法中正确的是：A.点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是不存在的．B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体C.根据可知，当r0时,F∞D.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的问题的影响是否可以忽略不计．122qqFkr答案：AD．当带电球体的大小、形状不可以忽略时，是否可以看做是集中在球心位置的点电荷？2、如果是两个球形带电导体：不可以1、如果是两个电荷分布均匀的带电球体可以思考题课堂训练2、两个半径为0.3m的金属球，球心相距1.0m放置，当他们都带1.5×10−5C的正电时，相互作用力为F1，当它们分别带+1.5×10−5C和−1.5×10−5C的电量时，相互作用力为F2,则（）A．F1=F2B．F1＜F2C．F1＞F2D．无法判断答案：B．库仑力(静电力)与万有引力(1)两种力都与距离的二次方成反比(2)两种力都与和作用力有关的物理量的乘积成正比.(3)两种力的方向都在两物体的连线上.(1)描述了两种作用.(性质不同)(2)力的大小与相关的物理量不全相同;(3)静电力可以是引力,也可以是斥力,(4)常量不相同相同点不同点库仑力是电荷量,万有引力是质量库仑力是由于物体带电引起的作用,万有引力是由于物体具有质量引起的作用.万有引力只能是引力.对于一般的带电体,静电力也比万有引力大得多,因此研究两个带电体间的相互作用时也忽略万有引力.一般带电体受到的重力是它和巨大地球之间的万有引力,通常都比较大,所以就不能忽略.而基本粒子像电子、质子、原子核等,因为其本身质量非常小,即使与地球之间的万有引力也很小,所以基本粒子受到重力往往也很小,所以基本粒子往往可忽略不计.当多个带电体同时存在时,每一带电体间的库仑力仍遵守库仑定律.某一带电体同时受到多个库仑力作用时,可利用力的平行四边形定则求出合力.F1abc+-F2F3F4+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所带电荷量的大小比b的小.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.F2C.F3D.F4B例题2:真空中有三个点电荷,它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2X10-6C,求它们所受的库仑力.F1F2F3q1q2q3+++3、真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A、B(均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开，此时A、B球间的静电力变为多大？若再使A、B间距离增大为原来的2倍，则它们间静电力又为多大？解析：：C32412FFF4q2q2qAB2q4q81FFB+qA-qrBAr2r所以：82qqqBA例1：两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为()2rA.B.C13124D1432FFFF．22 ·312·/243CFQQkrQQFFQkr接触前两个点电荷之间的库仑力大小为＝，两个相同的金属球各自带电，接触后再分开，其所带电量先中和后均分，所以两球分开后各自带点为＋，距离又变为原来的，库仑力为＝，所以两球间库仑力的大小为，解析：项正确．答案：C方法点拨：只有两个完全相同的金属球接触后再分开，它们所带的电荷才会中和后再均分．变式训练1：两个完全相同的导体小球，所带电量多少不同，相距一定的距离时，两个导体球之间有相互作用的库仑力．如果将两个导体球相互接触一下后，再放到原来的位置，则两球的作用力的变化情况是()A．如果相互接触前两球的库仑力是引力，则相互接触后的库仑力仍是引力B．如果相互接触前两球的库仑力是引力，则相互接触后的库仑力是斥力C．如果相互接触前两球的库仑力是斥力，则相互接触后的库仑力仍是斥力D．如果相互接触前两球的库仑力是斥力，则相互接触后的库仑力是引力BC解析：如果相互接触前两球的库仑力是引力，说明两个导体小球带异种电荷，接触以后只能带同种电荷，所以为斥力；如果相互接触前两球的库仑力是斥力，说明两个小球带同种电荷，接触以后还是同种电荷，还是为斥力．答案：BC例2：如图611所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离为L，为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么a、b两球之间的万有引力F引与库仑力F库为()2222222222222222ABCDFGFkFGFkFGFkmQmQLLLLmQmQLLLFGLFk引引库库引引库库．＝，＝．．＝，，，＝．D解析：万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离L只有其半径r的3倍，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看做质量集中于球心的质点．因此，可以应用万有引力定律．而本题中由于a、b两球所带异种电荷相互吸引使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布比较密集，又因两球心间的距离L只有其半径r的3倍，不满足L≫r的要求，故不能将两带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律．综上所述，对于a、b两带电球壳的整体来说，满足万有引力的适用条件，不满足库仑定律的适用条件，故只有选项D正确．答案：D22:QLFk库应用库仑定律的条件，必须是两个点电荷．当然，两个电荷均匀分布的带电球体，其效果可以视为电荷集中在球心的点电荷．但是，金属球体靠近时，球体上的电荷会重新分布，同种电荷因互相排斥而远离，等效于两个点电荷距离增大，异种电荷因互相吸引而靠近，等效于两个点电荷距离减小，所以本题方法＞点拨中6?1?22rqOQABABLLrkQ如图所示，半径为的硬橡胶圆环单位长度带正电荷，圆心处放置一电荷量为－的点电荷．现截去顶部极小一段，长度为，且，静电力恒量为，则剩余部分对－的静电力的大小为____________变式训练：20.OOFkQqLrFFQ假设将这个圆环缺口补上，并且已补缺部分的电荷分布与原有缺口的环体上的电荷分布一样，这样就形成一个电荷均匀分布的完整带电环，环上处于同一直径两端的微小部分所带电荷可视为两个相对应的点电荷，它们对圆心处点电荷的作解析用力为至于补上的带电小段，由题给条件可视为点电荷，它对圆心处点电荷作用力为＝，方向指向缺口，所以，剩余部分对－的静电力的大小为，方向背离缺口．答：案：2qLQkr＝2qLQFkr答案：＝例3：竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的小球A，在Q的正上方的P点用绝缘丝线悬挂另一小球B，A、B两小球因带电而相互排斥，致使悬线与竖直方向成α角，如图6－1－1所示．由于漏电，使A、B两小球的电荷量逐渐减少，悬线与竖直方向的夹角α逐渐变小，则在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力的大小将()A．保持不变B．先变小后变大C．逐渐变小D．逐渐变大1212ABBBmgFFmgFFF、两小球所带电荷量逐渐减小的过程中，小球在任一时刻的受力情况如图所示．小球在重力、库仑斥力、悬线拉力的作用下平衡．和的合力与的解析大：小相等．1LPQHBQPBFF设悬线长为，、两点间的距离为，由图可知：∽，由相似三角形对应边成比例得2FFmgLHLmgHFLmgHP＝，＝＝由于、、都不是变量，所以在整个过程中悬线对点的拉力始终不变．答案：A方法点拨：解决带电体的平衡问题，关键是正确找出物体受到的所有外力，作出受力图，再根据合力为零的平衡条件求解．同时要善于发现隐含条件，如本题中的受力三角形与结构三角形的关系．1221612..3045./A2OABBOAABqqqq如图－－，悬挂在点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球当到达悬点的正下方并与在同一水平线上，处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为，若两次实验中的电量分别为和，分别为和则为．变式训练3：B3C3D332．．．221020220202.tansintanstan45sin2451/2tan30sin2301in/31s.taninqqkrqqkrmgLkqAqAqFAmAFmgrLLrqq球电量不变，设为两种情况下球均受三个力作用下平衡．库仑力＝设球质量为，球平衡：＝＝，＝，式中为线长，为两球球心之间的距离．由以上两式得到＝所＝＝以，解析：223./2＝答案：C例4：如图615所示，均可视为质点的三个物体A、B、C穿在竖直固定的光滑绝缘细线上，A与B紧靠在一起，C紧贴着绝缘地板，质量分别为mA＝2.32kg，mB＝0.20kg，mC＝2.00kg，其中A不带电，B、C的带电量分别为qB＝＋4.0×10－5C，qC＝7.0×10－5C，且电量都保持不变，开始时三个物体均静止．现给物体A施加一个竖直向上的力F，使它由静止开始向上做加速度a＝4.0m/s2的匀加速直线运动，经时间t，F变为恒力．已知g＝10m/s2，静电力恒量k＝9×109N·m2/C2，求：(1)时间t；(2)在时间t内，若力F做的功WF＝53.36J，则B所受的电场力对B做的功W.(1)时间t；(2)在时间t内，若力F做的功WF＝53.36J，则B所受的电场力对B做的功W.2121222212112()1m3m121s.BCBBABBCABkmmgrABqqFABABBkmgmarhatrrqtrrqat开始时三个物体均静止，将、视为整体，由平衡条件得：＝＋，解得＝当、脱离时变为恒力，、恰好脱离时、之间的相互作用力为零，但加速度相同，对分析：－＝，解得：＝再由＝，即：－＝，得解析：＝221(2())()1712(22.)JFABABABFABABABhWmmghWmWmmatWmmmghat＝以、为研究对象，在、上升的过程中，