【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修1-1第1章1-2电荷间的相互作用

自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练第2节电荷间的相互作用自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练1．了解电荷量和点电荷的概念，知道点电荷是一种理想化的物理模型．2．知道把带电体看成点电荷的条件．3．了解验电器的构造，知道验电器检验物体是否带电的原理．4．理解库仑定律的含义和表达式，知道静电力常量．了解库仑定律的适用条件，学习用库仑定律解决简单的问题．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练一、电荷量与点电荷电荷量(电量)：物体所带电荷的多少叫做电荷量，简称电量．正电荷的电荷量用表示，负电荷的电荷量用表示．点电荷(1)定义：一般来说，如果带电体间的距离比它们自身线度的大小大得多，以至带电体的和对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看做点电荷．(2)点电荷是一种的物理模型．正数负数形状大小理想化自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练二、电荷量的检验验电器的结构：一根一端装有光滑金属球的、橡胶塞、、玻璃瓶．玻璃瓶的作用：防止空气流动对金属箔产生影响．验电器的原理：由于同种电荷相互，金属箔片相互推开一定角度．金属箔张开角度的大小，反映了带电体所带的多少．金属杆金属箔排斥电荷自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练三、库仑定律内容：真空中两个点电荷间的相互作用力跟它们所带电荷量的乘积成，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．表达式：F电＝kq1q2r2，其中k是比例常数，F电是两个点电荷间的，q1、q2是它们所带的电荷量，r是它们之间的距离．适用条件：①真空中；②点电荷．正比静电力自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练静电力的方向：同种电荷相，异种电荷相，作用力的方向在两点电荷的连线上．静电力常量k(1)数值：k＝9.0×109N·m2/C2.(2)测定：实验测得．(3)物理意义：真空中两个相距为1m、电荷量都为1C的点电荷之间的相互作用力为N.排斥吸引库仑扭秤9.0×109自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练库仑定律的理解和应用适用条件：适用于真空中的点电荷．真空中的电荷若不是点电荷，如图1-2-1所示．同种电荷时，实际距离会增大，如图(a)所示；异种电荷时，实际距离会减小，如图(b)所示．图1-2-1自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练对公式F＝kq1q2r2的理解：有人根据公式F＝kq1q2r2，设想当r→0时，得出F→∞的结论．从数学角度这是必然的结论，但从物理的角度分析，这一结论是错误的，其原因是，当r→0时，两电荷已失去了点电荷的前提条件，何况实际的电荷都有一定的大小和形状，根本不会出现r＝0的情况，也就是说，在r→0时不能再用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练计算库仑力的大小与判断库仑力的方向可以分别进行．即用公式计算库仑力的大小时，不必将电荷q1、q2的正、负号代入公式中，而只将电荷量的绝对值代入公式中计算出力的大小，力的方向根据同种电荷相斥、异种电荷相吸加以判断即可．如果一个点电荷同时受到另外的两个或更多的点电荷的作用力，任意两个点电荷间的库仑力都可以用库仑定律来求解，某个点电荷所受的其他电荷的总库仑力可由静电力叠加的原理求出合力．两个点电荷间的库仑力为相互作用力，同样遵从牛顿第三定律．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练【典例1】关于点电荷的说法，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能看作点电荷C．点电荷一定是电荷量很小的带电体D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理关于点电荷的理解自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析在研究带电体间的相互作用时，如果带电体本身的线度远小于它们之间的距离，带电体本身的大小，对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体视为一几何点，并称它为点电荷．但点电荷本身的线度不一定很小，它所带的电荷量也可以很大．点电荷这个概念与力学中的“质点”类似．所以A、B、C均不对．两个带电的金属小球，距离近时电荷不会均匀分布，故D对．答案D借题发挥一个很小的带电体不一定视为点电荷；带电体很大；也不一定不能视为点电荷．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练【变式1】关于点电荷，以下说法正确的是()．A．足够小的电荷，就是点电荷B．一个电子，不论在何种情况下均可视为点电荷C．点电荷是一种理想化的模型D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它尺寸的绝对值，而是看它的形状和尺寸对相互作用力的影响能否忽略不计自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析点电荷是一个抽象的物理模型，类似于质点模型．带电体的形状和大小对电学特征影响很小，以至于可以忽略时，该带电体可以看做点电荷．故C、D选项正确．答案CD自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练【典例2】相距L的点电荷A、B的带电荷量分别为4Q和－Q，要引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，求电荷C的电荷量和放置的位置．解析求解本题的关键是确定电荷C放置的大致位置及电性，由于每个点电荷都受到其他两个点电荷的库仑力作用，要处于平衡，其库仑力必沿同一条直线，因此A、B、C三个点电荷必共线，A、B为异种电荷，对C的作用一为斥力，一为引力，C要平衡，不能放在A、B之间，由于A的电荷量大于B，故C应距A较远、距B较近，故可设C应放置在B的右侧距B为x处，并带有正电荷，如图所示．库仑定律的理解和应用自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练设电荷C的带电荷量为QC，它受A、B的库仑力作用而平衡，有k4Q·QCL＋x2＝kQ·QCx2，①电荷B受A、C的库仑力而平衡，有k4Q2L2＝kQ·QCx2，②由①式得x＝L，代入②式得QC＝4Q.答案4Q在A、B连线的外侧离B点L处自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练借题发挥三点的电荷平衡，表明每一个电荷所受另外两个电荷的库仑力等大、反向．三个电荷的位置分布是“两同夹异、两大夹小、远大近小、三点共线”．自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练【变式2】如图1-2-2所示，半径相同的两个金属小球A、B带有电荷量大小相等的异种电荷，相隔一定的距离，两球之间的相互吸引力大小为F，今用第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、B两个球接触后移开，这时A、B两个球之间的相互作用力大小是()．图1-2-2A.18FB.14FC.38FD.34F自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析由于A、B间有吸引力，则A、B带异种电荷．设电荷量都为q，则两球之间的相互吸引力为：F＝kq1q2r2，即F＝kq2r2.当C球与A球接触后，A、C两球的电荷量为：q1＝q2.当C球再与B球接触后，B、C两球的电荷量为：q2＝q－q22＝q4.所以此时A、B两球之间的相互作用力的大小为F′＝kq2·q4r2＝kq28r2＝F8，故A正确．答案A自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练库仑定律的理解1．对于库仑定律的理解错误的是()．A．库仑定律适用于真空中的点电荷B．当半径为r的两带电小球相距为r时，可用库仑定律计算它们间的静电力C．在干燥空气中的两个点电荷间的静电力可用库仑定律计算D．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们各自所受的库仑力大小一定相等自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析由库仑定律可知A、C、D正确，当半径为r的两个带电小球相距r时，不能看成点电荷，故B选项错．答案B自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练2．下面对公式F＝kq1q2r2的理解，正确的是()．A．当r→0时，F→∞B．当r→∞时，F→0C．公式只适用于真空中带电荷量很少的两个导体D．公式只适用于可看成点电荷的两个导体解析对库仑定律的公式，在使用时要注意公式成立的条件，该式适用于真空中的点电荷，上述四选项中A、C、D不适应公式成立的条件，故正确选项为B.答案B自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练库仑定律的应用3．要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是()．A．每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变B．保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C．使一个点电荷的带电荷量加倍，另一个点电荷的带电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的12D．保持点电荷的带电荷量不变，将两个点电荷间的距离减小为原来的12自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析据库仑定律F＝kQ1Q2r2知FA＝k·2q·2qr2＝4F，A项正确；FB＝kq22r2＝F4；B项错误；FC＝k·2q·qr22＝8F，C项错误；FD＝kq2r22＝4F，D项正确．答案AD自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练4．如图1-2-3所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，两球之间的静电力为下列选项中的哪一个()．A．等于kQ29r2B．大于kQ29r2C．小于kQ29r2D．等于kQ2r2图1-2-3自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析两球间的距离和球本身的大小差不多，不符合简化点电荷的条件，因为库仑定律的公式计算只适用于点电荷，所以不能用公式去计算．我们可以根据电荷间的相互作用的规律来作一个定性分析，由于两带电体带等量异种电荷，电荷间相互吸引，因此电荷在球上的分布不均匀，会向正对的一面集中，电荷间的距离就要比3r小．根据库仑定律，静电力一定大于kQ29r2.电荷的吸引不会使电荷全部集中在相距为r的两点上，所以说静电力也不等于kQ2r2.答案B自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练5．两个分别带有电荷量－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r2，则两球间库仑力的大小为()．A.112FB.34FC.43FD．12F自主学习名师解疑分类例析课堂对点演练解析两金属球间原来的库仑力F＝kQ·3Qr2＝k3Q2r2，两球接触后各带相同电荷量Q′＝－Q＋3Q2＝Q，又因为它们的距离变为r2，所以此时它们间的库仑力F′＝kQ·Qr22＝k4Q2r2＝43F，故C项正确．答案C