1、第二节 探究静电力 课标定位 学习目标： 1.正确理解点电荷的模型，知道实际带电体能看成点电荷的条件 2掌握库仑定律的内容及公式，理解库仑定律的适用条件 3运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题 重点难点：库仑定律的内容及公式的理解和应用 一 、 点电荷 1 点电荷：如果一个带电体 ， 它本身的 _比起它到其他带电体的 _小得多 ， 那么在研究它与其他带电体的相互作用时 ， 可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况 ， 把它抽象成一个几何点 这带电的几何点称为点电荷 大小 距离 2 理想模型：理想模型方法是物理学常用的研究方法 当研究对象受多个因素影响时 ， 在一定条件下可以抓住 _， 忽略_，
2、将研究对象抽象为理想模型 说明：点电荷是相对而言的 ， 只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略 ， 带电体就可以看成点电荷 点电荷是一个理想化模型 ， 体现了物理学中抓主要因素 、 忽略次要因素的思想方法 主要因素 次要因素 二 、 库仑定律 1 探究方法：控制变量法 (1)探究电荷间的作用力的大小跟距离的关系： 电荷量不变时 ， 电荷间的距离增大 ， 作用力_；距离减小时 ， 作用力 _ (2)探究电荷间作用力的大小跟电荷量的关系： 电荷间距离不变时 ， 电荷量增大 ， 作用力 _；电荷量减小 ， 作用力 _ 减小 增大 增大 减小 2 库仑定律 (1)内容：在 _两个 _之间的作
3、用力 ， 跟它们的电荷量的 _成正比 ，跟它们间的距离的 _成反比 作用力的方向在它们的 _ (2)公式： _. (3)静电力常量 k _. (4)适用条件：真空中的 _ 真空中 点电荷 乘积 二次方 连线上 9.0 109 Nm2/C2 点电荷 kq1q2r2 F 驾驶员之家 http:/ 2016年新题库科目一模拟考试 驾驶员之家 http:/ 2016年安全文明驾驶常识模拟考试 驾驶员之家 http:/ C1驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ C2驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ C3驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ C4驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http
4、:/ A1驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ A2驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ A3驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ B1驾驶证能开什么车 驾驶员之家 http:/ B2驾驶证能开什么车 思考感悟 现有一个半径为 20 cm的带电圆盘 ， 问能否把它看成点电荷 ？ 提示： 能否把带电圆盘看成点电荷，不能只看大小，要视具体情况而定若考虑它与 10 m远处的一个电子的作用力时，完全可以把它看成点电荷；若电子距圆盘只有 1 mm时，这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面，而不能看成点电荷 核心要点突破 一 、 点电荷概念的理解 1 点电荷是物理模型 只有电荷量 ，
5、没有大小 、 形状的理想化的模型 ， 类似于力学中的质点 ， 实际中并不存在 2 带电体看成点电荷的条件 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多 ，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小 ， 就可以忽略形状 、 大小等次要因素 ， 只保留对问题有关键作用的电荷量 ， 带电体就能看成点电荷 这样处理会使问题大为简化 ， 对结果又没有太大的影响 ， 是物理学上经常用到的方法 3 点电荷只具有相对意义 一个带电体能否看成点电荷 ， 是相对于具体问题而言的 ， 不能单凭其大小和形状确定 4 注意区分点电荷与元电荷 (1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值 ， 是电荷量的最小单位 (
6、2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状 ， 是带电个体 ， 其带电量可以很大也可以很小 ， 但它一定是一个元电荷电量的整数倍 特别提醒： (1)点电荷与力学中的质点类似 ，是在研究复杂物理问题时引入的一种理想化模型 (2)不少物理问题都与较多的因素有关 ， 要研究其与所有因素的关系是很困难的 ， 抓住主要因素构建物理模型 ， 才可以简化研究的过程 即时应用 (即时突破 ， 小试牛刀 ) 1 (单选 )下列关于点电荷的说法中 ， 正确的是( ) A 体积大的带电体一定不是点电荷 B 当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时 ， 这两个带电体可看成点电荷 C 点电荷就是体积足够小的电荷
7、D 点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 解析： 选 B.带电体能否看成点电荷 ， 不能以体积大小 、 电荷量多少而论 ， 故 A、 C、 D错 一个带电体能否看成点电荷 ， 要依具体情况而定 ，只要在测量精度要求的范围内 ， 带电体的形状 、大小等因素的影响可以忽略 ， 即可视为点电荷 故 B正确 二、对库仑定律的理解 1 库仑定律的适用条件是 ： ( 1 ) 真空 ； ( 2 ) 点电荷 这两个条件都是理想化的 ， 在空气中库仑定律也近似成立 有人根据 F kq1q2r2推出当 r 0 时 ， F ， 从数学角度分析似乎正确 ， 但从物理意义上分析却是错误的 ， 因为当 r 0 时 ， 两带
8、电体已不能看成点电荷 ， 库仑定律及其公式也就不再适用 ， 不能利用公式 F kq1q2r2计算静电力大小了 2 静电力的大小计算和方向判断一般分开进行 (1)大小计算 利用库仑定律计算大小时 ， 不必将表示电性的正 、 负号代入公式 ， 只代入 q1、 q2的绝对值即可 (2)方向判断 在两电荷的连线上 ， 同种电荷相斥 ， 异种电荷相吸 3 只有采用国际单位 ， k的值才是 9.0 109 Nm2/C2. 4 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 5 对于不能视为点电荷的物体间的库仑力不能随便用库仑定律求解
9、， 要视具体情况而定 特别提醒： (1)在应用库仑定律时 ， 不能只从数学的角度进行分析 ， 要结合库仑定律成立的条件进行分析 (2)库仑定律与万有引力定律十分相似 ， 学习时可用类比方法 ， 两者的相似性揭示了大自然的和谐美和多样美 即时应用 (即时突破 ， 小试牛刀 ) 2 有三个完全一样的球 A、 B、 C， A球带电荷量为 7Q， B球带电荷量为 Q， C球不带电 ，将 A、 B两球固定 ， 然后让 C球先跟 A球接触 ，再跟 B球接触 ， 最后移去 C球 ， 则 A、 B球间的作用力变为原来的多少 ？ 解析： 设 A 、 B 两球间的距离为 r，由库仑定律知，开始时 A 、 B 两球
10、之间的作用力为 F k7 Q Qr2当 A 、 C 两球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带电72Q 当 B 、 C 两球接触时，两球均带电12(72Q Q )54Q 故后来 A 、 B 两球间的作用力 F k72Q 54Qr258F . 答案： 58 课堂互动讲练 例 1 (单选 )如图 1 2 1所示 ， 两个质量均为 m的完全相同的金属球壳 a和 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 l是球半径的 3倍 若使它们带上等量异种电荷 ， 使其电量的绝对值均为 Q， 那么关于 a、 b两球之间的万有引力 F引 和库仑力 F库 的表达式正确的是 ( )
11、 库仑定律的适用条件 图 1 2 1 A F 引 Gm2l2 ， F 库 kQ2l2 B F 引 Gm2l2 ， F 库 kQ2l2 C F 引 Gm2l2 ， F 库 kQ2l2 D F 引 Gm2l2 ， F 库 kQ2l2 【精讲精析】 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 的一侧电荷分布较密集，又 l 3 r ，不满足 l r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故 F 库 kQ2l2. 万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然不满足 l r ，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以
12、应用万有引力定律，故 F 引 Gm2l2. 【 答案 】 D 【 方法总结 】 由于对万有引力定律和库仑定律的适用条件理解不深 ， 常会出现以下错解： (1)认为 a、 b既可以看成质点 ， 也可以看成点电荷 ， 万有引力定律和库仑定律都适用 ， 误选 A. (2)认为 a、 b既不能看成质点 ， 也不能看成点电荷 ， 万有引力定律和库仑定律都不适用 ， 误选 B. 在真空中有两个相距 r的点电荷 A和 B， 带电荷量分别为 q1 q， q2 4q. (1)若 A、 B固定 ， 在什么位置放入第三个点电荷 q3， 可使之处于平衡状态 ， 平衡条件中对 q3的电荷量及正负有无要求 ？ (2)若以
13、上三个电荷皆可自由移动 ， 要使它们都处于平衡状态 ， 对 q3的电荷量及电性有何要求 ？ (3)若 q1 q， 第 (2)问中的答案又如何 ？ 例 2 共线的三个点电荷的平衡问题 图 1 2 2 【精讲精析】 ( 1 ) 让 q3受力平衡，必须和 q1、 q2在同一条直线上，因为 q1、 q2带异种电荷，所以q3不可能在它们中间，再根据库仑定律，库仑力和距离的平方成反比，可推知 q3应该在 q1、 q2的连线上且在 q1的外侧 ( 离小电荷量电荷近一点的地方 ) ，如图 1 2 2 所示 设 q3离 q1的距离是 x ，根据库仑定律和平衡条件列式： kq3q1x2 kq3q2 x r 2 0
14、 将 q1、 q2的已知量代入得： x r，对 q3的电性和电荷量均没有要求 ( 2 ) 要使三个电荷都处于平衡状态，就对 q3的电性和电荷量都有要求，首先 q3不能是一个负电荷，若是负电荷， q1、 q2都不能平衡，也不能处在它们中间或 q2的外侧 根据库仑定律和平衡条件列式如下： 对 q3： kq3q1x2 kq3q2 x r 2 0 对 q1： kq1q3x2 kq1q2r2 0 解上述两方程得： q3 4 q ， x r . ( 3 ) 若 q1 q ， 则 q3应该是一个负电荷 ， 必须放在q1、 q2之间 ， 如图 1 2 3 所示 ， 根据库仑定律和平衡条件列式如下 ： 对 q1： kq3q1x2 kq1q2r2 0 对 q3： kq1q3x2 kq3q2 r x 2 0 解上述方程得 ： q34 q9， x r3. 图 1 2 3
