高中物理 1.2《探究静电力》学案(粤教版选修3-1)

高中物理 1.2《探究静电力》学案(粤教版选修3-1)

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1、探究静电力学案【例1】一根置于水平面上的光滑玻璃管(绝缘体),内部有两个完全相同的弹性金属球A、B,带电量分别为9Q和-Q,从图示位置由静止开始释放,问:两球再次经过图中位置时,两球的加速度是释放时的多少倍?【解析】弹性金属小球在玻璃管中的运动过程是这样的:(1)在它们之间库仑引力作用下的相向加速运动,由于两球完全相同,故它们在任意时刻加速度的大小相等;(2)碰撞过程中电荷量的重新分配,结果是两球带上了等量同种电荷;(3)在它们之间库仑斥力作用下的反方向的加速运动,在任意时刻加速度的大小仍相等。设:图示位置A、B两球的距离为r,球的质量为m,它们之间相互作用的库仑力大小为F1,则:此时A

2、、B两球加速度的大小为:aA=aB=F1/m=碰撞后A、B两球的带电量均为4Q,它们再次经过图示位置时的库仑斥力的大小为F2,则:此时A、B两球加速度的大小为:aA’=aB’=F2/m=故两球再次经过图中位置时,两球的加速度是释放时的倍。【例2】如图所示,一个半径为R的圆环均匀带电,ab是一个极小的缺口,缺口长为L(L<

3、定律可知,这两个力一定大小相等,且方向相反,合力为零。同理可知,在圆上任何一点都有与之对称的点,它们对圆心处的负电荷的合力均为零。而圆环正是由无数对这样的点组成。不难确定,圆环中心处的点电荷受力为零。再讨论题中的情形,如图所示,只有与ab缺口相对的那一部分圆弧没有与之对称的部分存在。因此,处于圆心处的负电荷受到的力就是与缺口ab对称的a’b’对它的引力。A’b’(L<

4、力大小为T1;若增加两球的带电量,悬线偏离竖直方向的角度将增大为θ2,此时悬线中的张力大小为T2,则:A、T1T2D、无法确定【解析】本题应当从小球的受力分析出发寻求正确的答案。解法1:在悬线偏离竖直方向某一角度θ时,小球A的受力情况如图a所示,重力mg方向竖直向下,悬线拉力T沿悬线方向与竖直方向的夹角为θ,两球间的库仑斥力F沿两球的连线方向,由几何关系确定F与水平方向的夹角为θ/2。沿水平和竖直两个方向对小球A所受力进行正交分解,并由平衡条件得:Fcosθ/2-Tsinθ=0………(1)Fsinθ/2+Tcosθ-mg=0…(2)由(1)、(2)两式可解得

5、:T=mg……(3)(3)式表明:悬线中的张力与悬线和竖直方向的夹角θ无关。【答案】B解法2:小球A的受力情况如图b所示,重力mg、悬线张力T、库仑斥力F,这三个力的合力为0。因此这三个力构成封闭的力的三角形,且正好与几何三角形OAB相似,有:因为OA=OB,所以T=mg。即T与θ无关。故选B。【例4】如图1所示用两根等长的绝缘细线各悬挂质量分别为mA和mB的小球,悬点为O,两小球带同种电荷,当小球由于静电力作用张开一角度时,A球悬线与竖直线夹角为α,B球悬线与竖直线夹角为β,如果α=30°,β=60°,求两小球mA和mB之比。[分析]A、B分别受三个力,如图2所示。各处于平衡状态,若选

6、O点为转轴,则与解题无关的未知力TA、TB可以巧妙地避开(其力矩为O)用有固定转轴的物体平衡条件可解。[解]解法1:用隔离法,分别取A、B为研究对象,选O为转轴,则对A:mAgLA=F电L电 对B:mBgLB=F电L电解法2:用整体法若将两根悬线和小球A、B作为一个整体,则球和绳之间的相互作用力、静电力均为内力,对解题带来方便。[解答]取两根悬线和小球A、B组成的系统作为研究对象,,系统受到重力mAg和mBg受到悬点O的拉力TA’和TB’。以悬点O为固定转动轴,系统为GA和GB的力矩作用下处于平衡状态,有MA=MB得mAgLA=mBgLB[说明]1.本例属于包括静电力在内物体(或物体系)

7、的平衡问题,解决这类问题可用共点力的平衡,和有固定转轴的物体平衡条件解决,当题目涉及许多与解题无直接关系的未知力时,巧妙选取转轴使这些未知力的力矩为零,然后运用有固定转轴的物体平衡条件,可很方便地解决。2.解决物体系的相互作用问题时,一般可同时使用隔离法和整体法。一般说来使用后者可简化过程,简捷巧妙地解决问题。3.整体法的适用情况:①当只涉及研究系统而不涉及系统内某些物体的力和运动时,可整体分析对象。②当只涉及研究运动的全过程而不涉

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