1、库仑定律【教学结构】本章教材的特点： 教材内容比较抽象，学生接受、理解比较困难。 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。 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 同性电荷互相推斥，异性电荷互相吸引。 中和：等量异种电荷相互抵消的现象。3 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。4 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。 实验：学生动手做摩擦
2、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）2 FKQr12(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=9.0109Nm2/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
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) FKQr12,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Q1Q2，受的力也不等。【解题点要】例一：真空中有甲、乙两个点电荷
4、，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/8 B.F/6 C.8F/3 D.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。 FKQr12当 Qr甲 甲 乙 乙 2132时krF 3416622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
5、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。QA对 QC作用力： 2LKFCA，同性电荷相斥。QB对 QC作用力： B2，异性电荷相吸。 QA=QB=Q FA=FB图 1图 2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=F
6、B=KQLC2，方向为平行 AB 连线向右。当 QC为负电时，如图 3 所示。 FKQLC22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 410-8C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 5图 4图 3解析：丝线为什么能与竖直方向成
7、 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=0.210-3101=210-3N。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 FKqrAB2C105.104.9)3(245tg 8822 AqmrqK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 210-3N。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.
8、510-8C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=-0.510-8C 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+4 Q 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
9、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KQqLx422()A 处于平衡22B 处于平衡解方程： q=4Q， x=L
10、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】 库仑定律的适用条件是什么？图 6 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】 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.1/5 B.1/4 C.1/3 D.1/2 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.2:1 B.1:2 C.1:1 D.不一定 如图 7 所示，用两根绝缘细线
11、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 TA， TB，则（ ）A.TA TB C.TA=TA D. TBTB 真空中有两个大小相等的带电球体，带电量分别为 410-8C 和-810 -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。 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。 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_。参照答案 C C BC 排斥、18、5 = 2:1；1:1；2:1w.w.w.k.s.5.u.c.o.m图 7
