高中物理第一章静电场1.2库仑定律知识导学案新人教版选修3_1

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1、2库仑定律问题探究用球形导体、电摆、感应起电盘、带绝缘的金属小球探索影响电荷间相互作用力的因素.请同学们观察：(1)将静电摆靠近带电的球形导体，观察在距离变化时电摆摆角的变化.（2）恢复原来的距离，用不带电的小球接触摆桶，使摆桶的电荷量减少，观察摆角的变化.请同学们据以上观察现象总结出静电力与带电体所带电荷量、与带点小球和摆之间的距离的关系.自学导引1.点电荷：当实际带电体的大小__________它们之间的距离，以致带电体的形状和大小对相互作用的影响可以___________时，可近似看作点电荷，它是___________．答案：远小于忽略

2、不计理想化模型2.库仑定律(1)内容：在真空中两个点电荷间相互作用的静电力跟它们电荷量的乘积成________，跟它们之间距离的平方成________，作用力的方向在它们的连线上．F=k(k叫静电力常量).(2)方向：在两电荷的连线上，同种电荷相________，异种电荷相________.(3)适用范围：真空中两______电荷．答案：（1）正比反比（2）排斥吸引（3）点疑难剖析一、正确理解“点电荷”：点电荷是只有电荷量，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．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

3、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，这样的处理会使问题大为简化，对结果又没有太大的影响，因此物理学上经常用到此方法.一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定．例如，一个半径为10cm的带电圆盘，如果考虑它和10m处某个电子的作用力，就完全可以把它看作点电荷；如果这个电子离圆盘只有1mm，那么这一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面．二、库仑定律与万有引力定律的比较定律共同点区别影响大小的因素万有引力定律①都与距离的平方成反比②都有一个常量与两个物

4、体的质量有关只有引力m1、m2、r库仑定律与两个物体的电荷量有关Q1、Q2、r三、应用库仑定律解题应注意的问题(1)在理解库仑定律时，有人根据公式F=k设想当r→0时得出F→∞的结论．从数学角度分析是正确的，但从物理角度分析，这一结论是错误的．错误的原因是：当r→0时两电荷已失去了作为点电荷的前提条件，何况实际电荷都有一定大小，根本不会出现r→0的情况．也就是r→0时，不能再利用库仑定律计算两电荷间的相互作用力．(2)将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行．即用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公

5、式中，只将其电荷量的绝对值代入公式中从而算出力的大小；力的方向再根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引加以判断.(3)要统一国际单位，与k=9.0×109N·m2/C2统一．(4)如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力，可根据静电力叠加的原理求出合力．【例1】两个相同的金属小球，电荷量之比为1∶7，相距为r，两者接触后再放回原来的位置，它们间的库仑力可能变为原来的________倍．思路分析：当两球带同种电荷时，即q2=7q1，接触后每球带电荷量q1′=q2′=（7+1）q/2=4q，F′=k·(4q)2/r2当两球带异种电荷时

6、，即q2=-7q，接触后每球带电荷量q1″=q2″=(-7+1)q/2=-3q，F″=k(3q)2/r2,F=kq·7q/r2解得：F′=FF″=F.答案：或温馨提示：完全相同的带异种电荷的球接触时，其电荷量先中和后均分，由于题目没有明确带电性质，故应都考虑．本题强调的是金属“小”球，因此将其看作点电荷，应用库仑定律进行计算．【例2】如图1-2-1所示，带电荷量分别为+q和+4q的两个点电荷A、B，相距L，求在何处放一个什么性质的电荷，才可以使三个电荷都处于平衡状态?图1-2-1思路分析：A、B两点电荷同性相斥，相互作用的静电力均沿AB连线

7、向外．若能平衡，第三个电荷C对A、B的作用力方向必沿A、B连线向内，故C必与A带异性电荷，且在A、B连线上．设C带电荷量为-Q，距A为x，则距B为L-x，对A、C分别列平衡方程.对A：=k；对C：k=k联立解得：x=，Q=-q即带电荷量为-q的电荷C置于距A点处，系统可平衡.温馨提示：若上题中B带负电荷，引入何种电性电荷、放在何处才可使三个带电体处于平衡状态？上述问题可用假设法，分别用负电荷和正电荷在A、B连线上三个位置试探，得知只有负电荷在A的外侧，才可使三个电荷处于平衡状态.【例3】（上海高考题）如图1-2-2所示，半径为R的绝缘球壳上均

8、匀地带有电荷量为+Q的电荷，另一电荷量为+q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零.现在球壳上挖去半径为r(r<