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2库仑定律2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导学习目标1.熟记库仑定律内容、公式及其适用条件,知道点电荷的概念,会运用带电体视作点电荷的条件。2.会用库仑定律求解电荷间的作用力。3.能说出库仑扭秤的实验原理。重点难点重点:库仑定律的应用。难点:对库仑定律适用条件的理解。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导1.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)公式:F=kq1q2r2(静电力常量k=9.0×109N·m2/C2)(3)适用范围:真空中的点电荷。预习交流1学习了库仑力的定义,知道了库仑力的表达式,你感觉它和我们以前学过的哪一个力最为相似,并对比找出异同点。答案:万有引力。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU库仑力与万有引力的比较万有引力库仑力相同点(1)均为非接触力(场力)(2)都与距离的二次方成反比(3)表达式中都有一个常量不同点只能是引力可能是引力,也可能是斥力研究对象是质点研究对象是点电荷大小与两者质量的乘积有关大小与两者所带电荷量的乘积有关目标导航预习引导2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU2.点电荷(1)概念:当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至带电体的形状、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,这样的带电体就可以看作带电的点,叫作点电荷。(2)带电体可看作点电荷的条件带电体的形状、大小对于要研究问题(作用力)而言是次要因素。预习交流2一个半径为10cm的带电圆盘,如果考虑它和10m远处某个电子的作用力,能否将圆盘看作点电荷?如果这个电子离圆盘只有1mm,还能否将圆盘看作点电荷?为什么?答案:当二者相距10m时,可以将圆盘看作点电荷;当二者相距1mm时,不能将圆盘看作点电荷。因为带电体看作点电荷的条件是:带电体本身的大小比它们之间的距离小得多时,以至于带电体的形状、大小及电荷分布对它们之间的相互作用力影响可以忽略不计。目标导航预习引导2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU3.库仑的实验(1)用库仑扭秤做实验时,改变两个球之间的距离,记录每次悬丝扭转的角度,便可找到力F与距离r的关系:力F与距离r的二次方成反比,即F∝1r2。(2)电荷间的作用力与电荷量的关系:力F与q1和q2的乘积成正比,即F∝q1·q2,库仑定律的表达式F=kq1q2r2,k叫作静电力常量。预习交流3库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。其巧妙处体现在何处?答案:库仑扭秤的特点是可以定量测量微小的电荷间作用力,其巧妙之处是将带电小球之间的相互作用力转化为了扭丝的转动角度,正是这种转化使微小的作用力便于观察。目标导航预习引导2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、影响电荷间相互作用的因素活动与探究实验:如图,O是一带正电的物体,把系在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。利用此装置探究影响电荷间相互作用力的因素。进行实验并思考:1.在本实验中,电荷间相互作用力的大小与悬线偏离竖直方向的夹角大小有什么关系?答案:悬线偏离竖直方向的夹角越大,说明二者的相互作用力越大;反之则越小。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU2.在电荷量不变的情况下,探究电荷间作用力与电荷间距离的关系时,怎样操作?得到的结论是什么?答案:把一带正电的球A放在实验台上,用丝线悬挂一带正电的小球B于铁架台上。移动球A,观察悬线偏离竖直方向的夹角随A、B间距离的变化而变化的情况。实验结论:两电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而减小,随距离的减小而增大。3.在电荷间距离不变的情况下,探究电荷间作用力与电荷量的关系时,怎样操作?结论是什么?答案:保持电荷间距离不变,分别用带不同电荷量的小球A做实验,观察小球B的悬线偏离竖直方向的角度随电荷量的变化而变化的情况。实验结论:两电荷间的作用力随电荷量的增大而增大,随电荷量的减小而减小。问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例1小明同学要探究电荷之间的相互作用力跟什么因素有关。他将一个带正电的物体放在A处,然后将挂在绝缘丝线上带正电的另一小球先后挂在距A点距离逐渐增大的P1、P2、P3处,小球受力发生偏移的情况分别如图甲、乙、丙所示。请根据实验现象及相关条件,归纳得出初步结论。观察甲、乙和丙图可知:(1)。(2)。问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU解析:(1)由于带电小球偏离了竖直方向,所以小球受到了带电体A的力的作用。由此可知,同种电荷相互排斥。(2)由图示情况可知,随着带电小球与带电体之间距离的增大,带电小球偏离竖直方向的角度减小,说明其受到的斥力减小。由此可知,电荷间的作用力大小与带电体之间的距离有关,且距离越大,作用力越小。答案:(1)同种电荷相互排斥(2)同种电荷之间的距离越大,相互排斥的作用力越小问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU探究影响电荷间相互作用力的因素实验原理如图所示,F=mgtanθ。θ变大,F变大;θ变小,F变小方法(控制变量法)探究电荷间作用力与距离的关系探究电荷间作用力与电荷量的关系实验操作保持电荷量不变,改变悬点位置,从而改变小球间距r,观察夹角θ的变化情况保持悬点位置不变,改变小球带的电荷量q,观察夹角θ的变化情况实验现象r变大,θ变小r变小,θ变大q变大,θ变大q变小,θ变小实验结论电荷间的相互作用力随电荷间距离的增大而减小,随电荷量的增大而增大问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU二、对库仑定律的理解活动与探究1.探究点电荷库仑定律中的“点电荷”应该怎样理解?在你学过的物理概念中,哪一个概念与“点电荷”类似?明确了点电荷的概念之后,你能说出它与元电荷的区别吗?问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至带电体的形状、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,这样的带电体可以看作点电荷。点电荷与质点的概念类似。点电荷与元电荷的区别见下表:名称区别点电荷元电荷本质物理模型物体带电荷量的基本单位电荷量元电荷的整数倍1.6×10-19C有无正负有无问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.探究库仑定律两个带电金属球,能否利用公式F=kq1q2r2计算库仑力的大小?答案:库仑定律只适用于真空中两个点电荷间的相互作用,但两个均匀带电金属球相距较远时也可视为点电荷,r应指两球体的球心距离。对于不能视为点电荷的金属球间的库仑力不能用库仑定律计算,要视具体情况而定,有时可以定性分析其大小。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例2两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2,当两球心相距3R时,相互作用的库仑力大小为()A.F=kq1q2(3R)2B.Fkq1q2(3R)2C.Fkq1q2(3R)2D.无法确定问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU解析:因为两球心距离不比球的半径大很多,所以不能看成点电荷,必须考虑电荷在球上的实际分布。当q1、q2是同种电荷时,相互排斥,如图甲所示,距离大于3R;当q1、q2是异种电荷时,相互吸引,如图乙所示,距离小于3R。所以库仑力可能小于kq1q2(3R)2,也可能大于kq1q2(3R)2,D正确。答案:D问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU1.库仑定律严格适用于真空中两个点电荷的相互作用,但两个均匀带电球体相距较远时也可视为点电荷,r应指两球体的球心距离。2.库仑力的计算库仑力也称为静电力,它具有力的共性。它与学过的重力、弹力、摩擦力是并列的。它具有力的一切性质,它是矢量,合成或分解时遵循平行四边形定则,能与其他的力平衡,能使物体发生形变,能产生加速度。求库仑力的大小和方向(1)确定研究对象q1或q2。(2)画出q1与q2连线的示意图,标明距离r。(3)根据库仑定律F=kq1q2r2列方程。(4)根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引确定方向。问题导学当堂检测2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123451.下列关于点电荷的说法,正确的是()A.只有体积很小的带电体才可看成点电荷B.体积很大的带电体一定不是点电荷C.当两个带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看成点电荷D.任何带电体,都可以看成是电荷全部集中于球心的点电荷答案:C解析:一个带电体能否被看作点电荷与物体本身的大小和形状无关,它是由所研究的问题决定的。当两个带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略时,可以看成点电荷,故C正确,A、B、D错误。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123452.A、B两个点电荷间距离恒定,当其他电荷移到A、B附近时,A、B之间的库仑力将()A.可能变大B.可能变小C.一定不变D.不能确定答案:C解析:两个点电荷间的作用力具有独立性,不会因为其他电荷的存在而变化,故C正确。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测3.如图所示,两个完全相同的金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,两球间相互吸引力的大小是F,今让与A、B大小相等、相同材料制成的不带电的第三个小球C先后与A、B两球接触后移开,这时A、B两球之间的相互作用力的大小为()A.18FB.14FC.38FD.34F答案:A解析:C与A、B接触移开后,A、B小球分别带电荷量为qA=q2,qB=q4,由库仑定律知F'=kqAqBr2=kq2·q4r2=18F。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测4.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的库仑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.F4答案:B解析:据“同种电荷相斥、异种电荷相吸”规律,确定电荷C受到A和B的库仑力方向,考虑B的带电荷量大于A的带电荷量,故小球C受到的库仑力FCB大于FAC,FCB与FAC的合力只能为F2,故选项B正确。2库仑定律课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测5.如图所示,在一条直线上的A、B、C三点上分别放置QA=3×10-9C、QB=-4×10-9C、QC=3×10-9C的点电